Електромеханічні системи автоматизації багатоагрегатних насосних установок при енерго- та ресурсоощадливому керуванні
Розробка і дослідження математичних моделей електромеханічних систем автоматичного керування багатоагрегатними насосними установками із застосуванням енергозберігаючих алгоритмів. Зниження енерговитрат при якісному забезпеченні потреб споживачів.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.08.2015 |
| Размер файла | 56,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"
Спеціальність 05.09.03 - Електротехнічні комплекси і системи
УДК 62-83: 628.12
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ
БАГАТОАГРЕГАТНИХ НАСОСНИХ УСТАНОВОК
ПРИ ЕНЕРГО- ТА РЕСУРСООЩАДЛИВОМУ КЕРУВАННІ
Соколовський Олег Феліксович
Київ 2009
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі автоматизації електромеханічних систем та електроприводу в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник:
доктор технічних наук, професор Попович Микола Гаврилович Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", м. Київ, професор кафедри автоматизації електромеханічних систем та електроприводу
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Чермалих Валентин Михайлович Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", м. Київ, професор кафедри автоматизації управління електротехнічними комплексами Інституту енергозбереження та енергоменеджменту
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Шуруб Юрій Вікторович Інститут електродинаміки НАН України, м. Київ старший науковий співробітник
Захист відбудеться "19"10.2009 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.002.20 у Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37, корп. 22, ауд. 316.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37.
Автореферат розіслано "15".09.2009 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н. А.М. Ковальчук
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
електромеханічний багатоагрегатний енергозберігаючий
Актуальність теми. Однією із найважливіших умов сучасного технічного розвитку є зменшення витрат електричної енергії на одиницю продукції (підвищення енергоефективності). Насосні установки належать до потужних споживачів, які потребують впровадження енергозберігаючих технологій. Витрати на перекачування чистих і стічних вод в Україні з урахуванням оборотного водопостачання оцінюються в мільярдах кВт год електроенергії на рік. Досвід застосування регульованого електропривода показує, що споживання потужності може бути знижено на 5-15 %, а в окремих випадках - на 20-25 %. Широке впровадження високоефективних електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками дозволить заощадити десятки млн. кВт год енергії на рік.
За умов стрімкого зростання цін на енергоресурси, враховуючи великі потужності, тривалість роботи та кількість насосних установок, обмеженість запасів прісної води, розробка електромеханічних систем автоматичного керування установками водопостачання з енерго- та ресурсозберігаючими алгоритмами стає однією із пріоритетних задач суспільства. Вагомий економічний ефект може бути досягнутий за рахунок реконструкції сучасних електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками комунальних підприємств водопостачання на основі електроприводів з перетворювачами частоти, автоматизація яких на основі ефективних методів керування забезпечить економію електроенергії, знизить невиробничі витоки води, зменшить спрацювання устаткування.
Синтез та дослідження електромеханічних систем автоматичного керування багатоагрегатними насосними установками при різних їх видах та закономірностях взаємодії в умовах енергозберігаючих алгоритмів керування є важливим та актуальним завданням в сучасних економічних умовах.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні положення та результати роботи відповідають науковим дослідженням кафедри автоматизації електромеханічних систем та електроприводу НТУУ "КПІ" за напрямами "Дослідження електромеханічних систем автоматизації типових технологічних об'єктів з частотно- та векторно-керованими асинхронними двигунами", "Дослідження енергозберігаючих алгоритмів керування насосними установками".
Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи - зниження енерговитрат при якісному забезпеченні потреб споживачів за рахунок вдосконалення сучасних енергоефективних (енергозберігаючих) електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками на основі електроприводів з перетворювачами частоти та застосування інтерактивного методу керування для різних типів з'єднань насосів.
Для досягнення мети поставлено та розв'язано наступні задачі:
- розробка і дослідження математичних моделей електромеханічних систем автоматичного керування багатоагрегатними насосними установками із застосуванням енергозберігаючих алгоритмів;
- розробка математичної моделі та структурної схеми інтерактивного регулятора на основі енергозберігаючого алгоритму зі зворотними зв'язками за напором і частотою обертання привідного двигуна регульованого насосного агрегату;
- розробка математичної моделі та структурної схеми інтерактивного регулятора зі зворотними зв'язками за напором насосної установки і частотою обертання привідних двигунів регульованого та нерегульованого насосних агрегатів;
- розробка математичної моделі інтерактивного регулятора та структурної схеми реалізації зі зворотними зв'язками за продуктивністю і частотою обертання привідних двигунів насосної установки;
- впровадження інтерактивного енергозберігаючого алгоритму керування в схеми автоматизації багатоагрегатних установок;
- розробка методу розрахунку енергетичних показників інтерактивної електромеханічної системи автоматичного керування з врахуванням гідравлічних параметрів мережі та насосів;
- проведення порівняльного аналізу структурних схем в умовах стабілізації напору та при інтерактивному керуванні;
- дослідження режимів роботи насосної установки на основі експериментального спеціалізованого стенда.
Об'єкт дослідження: процеси автоматичного керування в багатоагрегатних насосних установках.
Предмет дослідження: електромеханічні системи автоматизації насосних установок при паралельному, послідовному, комбінованому з'єднанні агрегатів в умовах інтерактивного керування.
Методи дослідження. У роботі використані фундаментальні положення теорії електропривода, теорії автоматичного керування, методи математичного аналізу, комп'ютерне моделювання та експериментальні дослідження.
Наукова новизна одержаних результатів
1. Вперше розроблено математичні моделі динамічних процесів при автоматичному інтерактивному керуванні насосними установками для паралельного, послідовного і змішаного з'єднання агрегатів.
2. Розроблено аналітичний метод визначення економії електроенергії, що враховує гідравлічні параметри мережі для розробленої системи та системи стабілізації напору.
3. Розвинуто принципи керування багатоагрегатними установками при застосуванні енергозберігаючого алгоритму з корегуванням кількості одночасно включених агрегатів, що забезпечує стабілізацію технологічних параметрів та попереджує нестійку роботу в зоні граничних режимів.
4. Досліджено вплив гідравлічного опору мережі на реакцію інтерактивної електромеханічної системи автоматичного керування насосною установкою та одержано аналітичний вираз граничного опору, за якого швидкість регульованого електропривода залишається сталою.
Практичне значення одержаних результатів. Полягає в розробці енергоефективного методу керування та обґрунтуванні його використання в існуючих електромеханічних системах автоматизації багатоагрегатних насосних установок на основі частотнокерованого електропривода. Результати роботи прийняті до застосування в умовах систем керування насосними агрегатами комунального підприємства "Житомирське виробниче управління водопровідно-каналізаційного господарства", у навчальному процесі НТУУ "КПІ", при розробці навчальних лабораторних стендів на кафедрі автоматизації електромеханічних систем та електроприводу, використані в навчальному процесі Житомирського агротехнічного коледжу. В дисертації наведені акти на впровадження результатів роботи.
Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У публікаціях, що написані у співавторстві, здобувачу належить: [1] - моделювання роботи насосної установки в умовах інтерактивного енергозберігаючого керування; [2] - аналіз роботи інтерактивного контролера в умовах зміни моменту опору на валу двигуна; [7] - отримання виразу граничного опору мережі, який визначає межу енергозберігаючих можливостей алгоритму; розробка математичної моделі інтерактивного регулятора з використанням зворотних зв'язків за напором насосної установки і частотою обертання привідних двигунів регульованого та нерегульованого насосних агрегатів; розробка та дослідження математичних моделей електромеханічних систем автоматичного керування при змішаному з'єднанні насосних агрегатів в умовах функціонування інтерактивного алгоритму.
Апробація результатів роботи. Основні положення дисертації доповідалися та обговорювалися на XІІІ Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми автоматизованого електропривода" 11-16 вересня 2006 року в м. Одеса, заслуховувалися на семінарах кафедри автоматизації електромеханічних систем та електроприводу НТУУ "КПІ" (2006 р., 2007 р., 2008 р.), семінарі Наукової ради НАНУ "Наукові основи електроенергетики" у вересні 2008 р.
Публікації. Основні результати досліджень викладені у семи наукових працях, які опубліковані у провідних фахових виданнях України.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, восьми додатків і списку використаних джерел. Містить 184 сторінки (116 сторінок основної текстової частини, 105 рисунків, 6 таблиць, перелік використаних джерел із 141 найменування на 15 сторінках, додатки наведені на 21 сторінці).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, її важливе значення для народного господарства. Сформульовано мету дисертації, визначено задачі та методи досліджень, наукова новизна та практичне значення отриманих результатів.
У першому розділі розглянуто способи регулювання технологічними параметрами насосних установок, проаналізовано технічні рішення систем автоматичного керування. Найбільш поширеним методом керування в існуючих системах водопостачання при використанні регульованого електропривода є стабілізація напору, що негативно впливає на можливість зменшення енерговитрат за рахунок зниження частоти обертання привідного двигуна в діапазоні низьких напорів. Збільшення рівня енергозбереження в системах водопостачання потребує організації такої взаємодії між системою та споживачами, яка спонукає їх до ощадливої поведінки відносно витрат водних ресурсів та відносно споживання електричної енергії.
Суттєвий внесок у розвиток даних напрямків зробили Б.С. Лєзнов, М.Г. Юньков, Г.Б. Онищенко, Я.Н. Гінзбург, О.І. Кіселичник та ін.
Зменшення витрат електричної енергії при підтриманні необхідного рівня водозабезпечення споживачів можливе за рахунок впровадження ігрової системи автоматичного керування насосною установкою, яка базується на застосуванні енергозберігаючого інтерактивного алгоритму. Роботу алгоритму продемонстровано на рис. 1. Початковий режим визначається точкою , насос працює зі швидкістю . Періодичною зміною швидкості насоса система керування ініціює інтерактивне опитування споживачів. Якщо при зменшенні швидкості (точка ) споживачі встановлюють фактичні витрати води (точка ) більшими, ніж запропоноване значення, то швидкість зростає пропорційно співвідношенню фактичного і запропонованого значення, в протилежному випадку - зменшується. Тобто, система керування реагує на тенденцію водоспоживання і через фіксовані проміжки часу формує сигнал завдання швидкості електропривода відповідно до запитів мережі.
На рис. 1: - продуктивність насосної установки; - напір насосної установки; , , - напірні характеристики насоса при відповідних частотах обертання привідного двигуна (); , - характеристики мережі з певними гідравлічними опорами ().
Теоретичні дослідження інтерактивного керування насосними установками підтверджують вищий рівень енергозбереження у порівнянні із системами стабілізації напорів. При синтезі енергозберігаючих інтерактивних алгоритмів необхідно враховувати схемну реалізацію електромеханічної системи автоматичного керування насосною установкою та системи водопостачання в цілому.
Аналітичний огляд робіт в галузі систем автоматичного керування насосними установками дозволив визначити мету і задачі дисертації, намітити шляхи розв'язання поставлених завдань.
У другому розділі розвинуто ідею інтерактивного керування з метою впровадження в схемах багатоагрегатних насосних установок.
Математична модель інтерактивного регулятора зі зворотним зв'язком за напором для двоагрегатної установки при послідовному з'єднанні насосів:
де - швидкість регульованого електропривода на наступному кроці квантування алгоритму; - швидкість регульованого електропривода на поточному кроці квантування; - швидкість регульованого електропривода на попередньому кроці; - період квантування; - напір насосної установки на поточному кроці квантування; - напір насосної установки на попередньому кроці; - коефіцієнт затухання; - швидкість нерегульованого електропривода; - стала величина для уникнення ділення на нуль.
Структурну схему інтерактивного регулятора для послідовного з'єднання агрегатів зображено на рис. 2. Задаючий елемент () формує напругу завдання частотного перетворювача, яка відповідає номінальному значенню частоти і утримується протягом періоду часу під час пуску системи. Період квантування повинен перевищувати час перехідних процесів в системі, викликаних зміною напруги завдання частоти. Інформація про напір насосної установки та швидкість двигунів , надходить в фіксовані моменти часу за допомогою імпульсних елементів (). Ланки реалізують затримку сигналів на один фіксований часовий крок. Формуючий елемент () забезпечує формування сигналу завдання частоти після закінчення процесу пуску системи. Ланки реалізують обернено-пропорційну залежність. Через нульові початкові умови роботи системи напруга буде дорівнювати нулю на протязі . Для зменшення стрибків струмів під час перехідних процесів напруга завдання подається через аперіодичний фільтр зі сталою часу . На рис. 2: - кількість пар полюсів двигуна; - коефіцієнт передачі перетворювача частоти по частоті.
Напірні характеристики насосної установки (рис. 3)
, , , ,
отримані при графічному додаванні напорів насосних агрегатів за відповідної продуктивності.
Діаграми миттєвих значень регульованих параметрів (рис. 4) відображають відповідні величини на певних тактах квантування алгоритму. Для зручності пояснень всі графіки побудовані в різних масштабах.
Рівняння швидкості регульованого електропривода при паралельній роботі агрегатів з врахуванням продуктивності установки:
Аналіз роботи алгоритму показує, що енергозбереження забезпечується при зменшенні частоти обертання регульованого насоса на відповідних кроках квантування. Зниження швидкості відбувається при збільшенні опору мережі на попередньому кроці квантування алгоритму або за умови сталого значення опору. Зменшення опору мережі може призвести до зменшення або збільшення швидкості насоса. Тобто існує граничне значення опору мережі, яке визначає межу енергозберігаючих можливостей алгоритму. Швидкість регульованого насоса при паралельній роботі не зміниться на наступному кроці, якщо реакція споживачів призведе до створення продуктивності:
де - коефіцієнт, що враховує зміну швидкості насоса та продуктивності установки на попередніх кроках квантування.
Спільний розв'язок рівнянь характеристики насосної установки та характеристики мережі дозволив отримати вираз для граничного опору мережі:
де - фіктивний напір насосної установки; - статичний напір; - фіктивний гідравлічний опір насосної установки.
Аналогічно синтезовано вираз граничного опору для послідовно працюючих насосів:
де - коефіцієнт, що враховує зміну швидкості привідного двигуна та напору установки на попередніх кроках роботи системи.
У третьому розділі одержано математичні моделі інтерактивних електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками.
Структурну схему електромеханічної системи автоматичного керування паралельно працюючими агрегатами подано на рис. 5. Функціональний перетворювач () встановлює статичну залежність між вихідною частотою та амплітудою фазної напруги, що дозволяє формувати бажаний вигляд механічної характеристики двигуна. Математична модель перетворювача частоти () ґрунтується на рівняннях трифазової симетричної системи напруг та перетворення 3-2. Для опису асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором прийнята двофазова модель в системі координат статора. Контролер режимів насосів здійснює моніторинг технологічних параметрів установки з корегуванням кількості одночасно включених агрегатів та попереджує нестійку роботу установки в зоні граничних режимів. Для запобігання виникнення кавітаційного режиму передбачена стабілізація напору установки у випадку досягнення нерегульованим агрегатом максимальної продуктивності.
На рис. 5: , - проекції вектора напруги статора на осі a-b нерухомої системи координат статора; - завдання амплітуди напруги перетворювача частоти; - напруга завдання частоти; - гідравлічний опір мережі; - продуктивність регульованого насоса; - продуктивність нерегульованого насоса; - момент опору на валу регульованого електропривода; - момент опору на валу нерегульованого електропривода.
З метою впровадження інтерактивного алгоритму розроблено електромеханічну систему автоматичного керування для послідовно працюючих насосних агрегатів (рис. 6).
На першому етапі здійснюється пуск регульованого агрегату (рис. 7). При зменшенні напору до мінімально-допустимого значення відбувається вмикання другого агрегату з одночасним закриттям засувки в обвідному трубопроводі. Вмикання другого насоса супроводжується комутацією живлення агрегатів - нерегульований агрегат приєднується до перетворювача частоти, регульований агрегат отримує живлення безпосередньо від мережі. У випадку зниження напору регульованого насоса до мінімального рівня формується команда на вимкнення даного агрегату. Перед вимиканням нерегульований агрегат приєднується до перетворювача частоти, інший агрегат від'єднується від мережі. В процесі роботи системи здійснюється контроль напору у верхній частині діапазону із забезпеченням стабілізації при досягненні максимального значення. Переведення на інтерактивне керування відбудеться за умови стійкої тенденції зменшення швидкості регульованого насоса. На рис. 7: - напір регульованого агрегату; - максимальний напір установки; - мінімальний напір регульованого агрегату при номінальній швидкості насоса; - максимальний напір регульованого агрегату при мінімальній частоті обертання робочого колеса; , - швидкості регульованого насоса відповідно у моменти часу , .
Впровадження інтерактивного алгоритму в схемах змішаного з'єднання насосів надає універсальності електромеханічній системі та розширює межі регулювання технологічних параметрів без комутації в силовому колі агрегатів.
Математичну модель насосної установки побудовано на основі еквівалентної схеми заміщення (рис. 8):
де , , - фіктивні індуктивності відповідно мережі та паралельно з'єднаних насосів.
Економія електроенергії при інтерактивному керуванні визначається рівнем зниження напору установки за відповідного опору мережі. У порівнянні з системами стабілізації напору відносна економія складає:
де , - опір мережі та фіктивний напір установки на відповідних кроках квантування алгоритму; , - опір мережі та фіктивний напір установки в умовах функціонування ПІ-регулятора на відповідних проміжку часу; - кількість фіксованих проміжків часу; , , , - ККД відповідно перетворювача частоти, асинхронного двигуна, передачі між двигуном і насосом, насоса на певному кроці квантування алгоритму; , , , - ККД пристроїв в системі стабілізації напору.
У четвертому розділі з метою визначення енергозберігаючих властивостей проведено моделювання режимів роботи інтерактивних електромеханічних систем автоматичного керування та виконано дослідження насосної установки на основі експериментального спеціалізованого стенда.
Дослідження комп'ютерних моделей дозволило встановити основні фактори, які визначають властивості об'єкта дослідження, зокрема реакцію системи на зміну її параметрів і початкових умов. Для об'єктивної оцінки енергоефективності важливо промоделювати роботу системи з максимально наближеним прогнозуванням реакції споживачів. У процесі інтерактивного керування відбувається зменшення частоти обертання при відсутності реакції споживачів, при збільшенні опору та незначному зменшенні опору мережі. Тому опір мережі на початку дослідження було вибрано таким, щоб продуктивність та напір установки не були максимальними.
Кращі показники економії при паралельному та послідовному з'єднаннях отримані при застосуванні всіх регульованих агрегатів.
При змішаному з'єднанні агрегатів зворотний зв'язок за напором у схемі керування послідовного регульованого агрегату є більш прийнятним для покращення енергоефективності установки. При неможливості регулювання частоти обертання всіх насосів перевагу слід надати застосуванню одного регульованого паралельно працюючого агрегату та регульованого послідовно працюючого агрегату. Необхідно відмітити, що електромеханічна система автоматизації трьома регульованими агрегатами із застосуванням зворотного зв'язку за продуктивністю має нижчий рівень енергозбереження у порівнянні із системою з одним регульованим паралельно працюючим агрегатом та регульованим послідовно працюючим агрегатом, де в якості зворотного зв'язку в схемі керування послідовним агрегатом використовується інформація про напір установки.
На рис. 9 зображено графіки перехідних процесів при змішаному з'єднанні агрегатів, де - частота обертання привідного двигуна паралельно з'єднаного насоса; - напір паралельно з'єднаного насоса; - механічна потужність двигуна паралельно з'єднаного насоса; - потужність двигуна послідовно з'єднаного насоса.
Як показали дослідження, в умовах неузгодженого керування, коли два інтерактивних контролери з різними періодами квантування здійснюють керування окремими агрегатами при різних схемах з'єднань насосів, працездатність системи не порушується, реакція системи на запити споживачів має адекватний характер.
Проведення експерименту відбувалося на кафедрі автоматизації електромеханічних систем та електроприводу НТУУ "КПІ", де розроблено спеціалізовані стенди для дослідження електромеханічної системи автоматичного керування насосною установкою на основі гібридної моделі та з використанням діючого агрегату.
Зміна параметрів інтерактивного контролера при дослідженні режимів роботи насосної установки не впливає на стійкість та працездатність системи. Період квантування повинен перевищувати час перехідних процесів в системі, але не бути занадто великим, щоб не збільшувати час очікування споживачів після запиту на бажану зміну витрат води.
На основі проведених досліджень одержано залежності спожитої електроенергії від опору мережі та напору установки. Рівняння лінії тренда спожитої електроенергії від напору при достовірності апроксимації 0,9175:
Графічне представлення тренда спожитої електроенергії інтерактивною електромеханічною системою за результатами експериментальних досліджень наведено на рис. 10.
Зростаючі ділянки залежності відповідають режиму, при якому напір установки в результаті реакції споживачів на наступному кроці квантування алгоритму збільшився у відповідь на зростання швидкості насоса, спадаючі пояснюються зменшенням напору споживачами при збільшенні частоти обертання привідного двигуна.
Дослідження доводять суттєвий вплив коефіцієнта затухання та попиту споживачів на рівень витрат електроенергії інтерактивною електромеханічною системою. Для вивчення дії даних факторів було проведено моделювання роботи електромеханічної системи з врахуванням добової нерівномірності споживання води. Зважаючи на змінний характер водоспоживання, розглянуто три моделі поведінки споживачів: - відносно стабільний попит на воду, коли зміна напору системи має коливальний характер із різною періодичністю; - високий рівень водоспоживання в піковий період доби; - запити на зростання напору формуються із певним запізненням.
Аналіз платіжної матриці, у стовбцях якої відображено значення економії електроенергії (%) при трьох варіантах поведінки системи , а у рядках - економія при певних коефіцієнтах затухання , свідчить, що зменшення коефіцієнта затухання сприяє зростанню енергоефективності установки. Але необхідно враховувати протиріччя між створенням комфорту для споживачів та забезпеченням достатнього рівня енергозбереження.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У дисертації отримала подальшого розвитку теорія аналізу режимів роботи електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками. Це забезпечило розв'язання наукової задачі вдосконалення сучасних систем автоматизації багатоагрегатних насосних установок з частотнокерованими електроприводами на основі інтерактивного методу керування для різних типів з'єднань насосів. При цьому отримано головні результати:
1. Аналіз сучасних систем керування насосними установками з врахуванням існуючих тенденцій зростання вартості енергоносіїв, виснаження природних ресурсів показує, що задоволення потреб населення і промислових підприємств вимагає заходів щодо підвищення надійності та енергоефективності водопостачання. Результати аналізу дозволили обґрунтувати можливість впровадження методу керування, який враховує потреби споживачів в режимі реального часу та спонукає їх до ощадливої поведінки.
2. Розроблено математичні моделі енергозберігаючих електромеханічних систем автоматизації багатоагрегатних насосних установок при інтерактивному керуванні.
3. Розроблено структурні схеми інтерактивних електромеханічних систем автоматичного керування для різних способів з'єднань агрегатів.
4. Одержано математичні моделі регуляторів на основі енергозберігаючих алгоритмів з врахуванням мети керування та особливостей конкретної установки. Запропоновано інтерактивне керування з використанням зворотних зв'язків за напором, продуктивністю насосної установки і частотою обертання привідних двигунів регульованого та нерегульованого насосних агрегатів.
5. На основі математичних моделей регуляторів побудовано структурні схеми реалізації енергозберігаючих алгоритмів.
6. Інтерактивний алгоритм забезпечує незалежність процесу регулювання технологічних параметрів від необхідності їх стабілізації, що дозволяє використовувати насосну установку в усьому робочому діапазоні допустимих напорів.
7. Впровадження контролера режимів насосів в умовах інтерактивного керування дає можливість корегувати кількість одночасно включених агрегатів. Алгоритм контролера враховує особливості керування насосною установкою при досягненні регульованим агрегатом граничних режимів роботи.
8. Порівняльний аналіз енергоспоживання електромеханічних систем автоматизації багатоагрегатних насосних установок в умовах стабілізації напору та інтерактивного керування підтвердив більш високу енергоефективність запропонованої системи. В процесі досліджень отримано до 16 % економії електроенергії.
9. Достовірність та обґрунтованість наукових положень, висновків та рекомендацій доведено результатами математичного моделювання, підтверджується експериментальними даними. Розбіжність результатів теоретичних та експериментальних досліджень не перевищує 10 %.
10. Результати дисертаційної роботи можуть бути використані науковими та виробничими організаціями, які забезпечують дослідження, проектування та моделювання систем керування багатоагрегатних насосних станцій комунальних і спеціалізованих підприємств водопостачання.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Попович М.Г. Енергозберігаючі інтерактивні електромеханічні системи автоматичного керування насосними установками / М.Г. Попович, М.В. Печеник, О.І. Кіселичник, О.Ф. Соколовський // Електромашинобудування та електрообладнання. Одеський національний політехнічний університет. Міжвідомчий науково-технічний збірник. - Одеса, 2006. - Випуск 66 - С. 311-314.
2. Попович М.Г. Експериментальні дослідження роботи інтерактивного енергозберігаючого контролера на гібридній моделі насосної установки / М.Г. Попович, О.І. Кіселичник, С.О. Бур'ян, О.Ф. Соколовський / Вісник Кременчуцького державного полiтехнiчного університету. - Кременчук, 2007. - Випуск 3 (44). - [частина 1]. - С. 72-75.
3. Соколовський О.Ф. Інтерактивна електромеханічна система автоматичного керування паралельно працюючими насосними агрегатами / О.Ф. Соколовський // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - Житомир, 2007. - Випуск III (42). - С. 133-138.
4. Соколовський О.Ф. Застосування інтерактивного алгоритму в схемах багатоагрегатних насосних установок / О.Ф. Соколовський // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - Житомир, 2007. - Випуск IV (43). - С. 48-54.
5. Соколовський О.Ф. Енергозбереження в багатоагрегатних насосних установках / О.Ф. Соколовський // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - Житомир, 2008. - Випуск I (44). - С. 102-108.
6. Соколовський О.Ф. Напрямки енергозбереження в насосних установках / О.Ф. Соколовський // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - Житомир, 2008. - Випуск IІІ (46). - с. 39-47.
7. Попович М.Г. Особливості інтерактивного керування в насосних установках / Вісник М.Г. Попович, О.І. Кіселичник, О.Ф. Соколовський // Житомирського державного технологічного університету. - Житомир, 2008. - Випуск IV (47). - С. 174-179.
АНОТАЦІЯ
Соколовський О.Ф. Електромеханічні системи автоматизації багатоагрегатних насосних установок при енерго- та ресурсоощадливому керуванні. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - Електротехнічні комплекси і системи. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2009.
Дисертаційна робота присвячена зниженню енерговитрат при якісному забезпеченні потреб споживачів за рахунок вдосконалення сучасних енергозберігаючих електромеханічних систем автоматичного керування насосними установками з частотнокерованими електроприводами та застосуванню інтерактивного методу керування для різних типів з'єднань насосних агрегатів. Одержано електромеханічні системи автоматизації багатоагрегатних насосних установок на основі принципово нових алгоритмів керування та показано ефективність алгоритмів для різних схем з'єднань насосних агрегатів. Інтерактивний регулятор реагує на тенденцію водоспоживання і через фіксовані проміжки часу формує сигнал завдання швидкості регульованого електропривода відповідно до запитів мережі. Математичні моделі інтерактивних електромеханічних систем враховують особливості керування багатоагрегатними установками.
Ключові слова: електромеханічна система автоматичного керування, інтерактивний регулятор, насосна установка, енергозбереження, математична модель, алгоритм.
АННОТАЦИЯ
Соколовский О.Ф. Электромеханические системы автоматизации комбинированных насосных установок при энерго- и ресурсосберегающем управлении. Рукопись.
Диссертация на соискание научной ступени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. - Национальный технический университет "Киевский политехнический институт", Киев, 2009.
Диссертация посвящена снижению энергопотребления при качественном обеспечении нужд потребителей за счет усовершенствования современных энергосберегающих электромеханических систем автоматического управления на основе электропривода с преобразователями частоты и распространению интерактивного метода управления на разные типы соединений насосных агрегатов. Получены электромеханические системы автоматизации многоагрегатных насосных установок на основе принципиально новых алгоритмов управления и показана эффективность алгоритмов для разных схем соединений насосных агрегатов. Интерактивный регулятор реагирует на тенденцию водопотребления и через фиксированные промежутки времени формирует сигнал задания скорости регулируемого электропривода для удовлетворения потребностей сети. Период квантования алгоритма должен быть достаточным для завершения переходных процессов, но при этом учитывать ожидание потребителей на получение необходимого количества воды.
Математические модели интерактивных электромеханических систем учитывают особенности управления многоагрегатными установками. Модель преобразователя частоты основана на уравнениях трехфазной симметричной системы напряжений и преобразовании 3 - 2. Невысокие требования к статическим и динамическим характеристикам в системах водоснабжения позволяют использовать скалярное управление преобразователем. Для описания асинхронного двигателя использована двухфазная модель в системе координат статора. Динамические математические модели насосных установок построены при помощи эквивалентных электрических схем замещения.
Сравнительный анализ энергопотребления в условиях стабилизации напора и использования интерактивного регулятора показал преимущества предложенного способа управления. Уровень энергосбережения электромеханической системы определяется моделью поведения потребителей и может изменяться в зависимости от выбранного коэффициента затухания.
Разработан принцип регулирования многоагрегатной насосной установкой при применении энергосберегающего алгоритма. Приоритет регулируемого технологического параметра определяется схемой соединения агрегатов. Отсутствие обратной связи по частоте вращения нерегулируемого агрегата упрощает техническую реализацию с сохранением эффективности интерактивного управления. В условиях несогласованного интерактивного управления для разных схем соединений насосных агрегатов работоспособность системы не нарушается, система адекватно реагирует на запросы потребителей. Стабилизация технологических параметров с корректированием количества одновременно включенных агрегатов обеспечивает предупреждение неустойчивой работы в зоне предельных режимов. Исследование математических моделей интерактивных регуляторов и моделей насосных установок в конкретных условиях позволило получить выражение для предельного сопротивления сети, которое определяет границу энергосберегающих возможностей алгоритма.
Техническая реализация интерактивного управления в действующих насосных установках на основе частотных электроприводов требует незначительных капиталовложений с применением стандартного оборудования.
Ключевые слова: электромеханическая система автоматического управления, интерактивный регулятор, насосная установка, энергосбережение, математическая модель, алгоритм.
ANNOTATION
Sokolovskyy O.F. Electromechanical systems of automation of the combined pump installations at energo - and resource savings management. The manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of a Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.09.03 - Electrotechnical complexes and systems. - National Technical University "Kiev Polytechnical Institute", Kiev, 2009.
The dissertation is devoted decrease econsumption at qualitative maintenance of needs of consumers at the expense of improvement modern energy saving electromechanical systems of automatic control on the basis of the electric drive with converters of frequency and to distribution of an interactive management method on different types of connections of pump units. Electromechanical systems of automation of multimodular pump installations on the basis of essentially new algorithms of management are received and efficiency of algorithms for different schemes of connections of pump units is shown. The interactive controller reacts to the tendency of water consumption and through the fixed time intervals forms a signal of the task of speed of the adjustable electric drive for satisfaction of requirements of a network. Mathematical models of interactive electromechanical systems consider features of management of multimodular installations.
Keywords: electromechanical system of automatic control, the interactive controller, pump installation, energy-saving, mathematical model, algorithm.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Класифікація насосних станцій водопостачання. Вимоги до електроприводу та вибору двигуна. Розробка схеми керування та взаємодії електроприводу насоса з електроприводом засувки. Конфігурування перетворювача частоти для реалізації поставленої задачі.
дипломная работа [980,5 K], добавлен 03.09.2013Властивості та функціональне призначення елементів системи автоматичного керування. Принцип дії, функціональна схема, рівняння динаміки. Синтез коректувального пристрою методом логарифмічних частотних характеристик. Граничний коефіцієнт підсилення.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.09.2013Розробка системи автоматичного керування буферного насоса. В якості електроприводу використовується частотно-керованого асинхронний короткозамкнений двигун. Керування здійснює перетворювач частоти Altivar 61. Розрахунок економічних затрат проекту.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.06.2012Дослідження цілей автоматизації технологічних процесів. Аналіз архітектури розподіленої системи управління технологічним процесом. Характеристика рівнів автоматизації системи протиаварійного автоматичного захисту і системи виявлення газової небезпеки.
реферат [164,1 K], добавлен 09.03.2016Автоматизація систем керування міським водопостачанням, станції керування. Побудова розподілених радіомереж телеметрії. Методи і схеми телевимірювання. Загальні відомості та призначення, принцип дії пристрою. Прогнозування графіка водоспоживання.
курсовая работа [691,0 K], добавлен 21.06.2015Вимоги до схеми автоматичного управління автоматизації бункера активного вентилювання зерна. Розробка схеми автоматичного управління, розрахунок електродвигуна, пускозахисної апаратури і інших засобів автоматизації. Заходи з монтажу електрообладнання.
курсовая работа [91,8 K], добавлен 27.05.2015Побудова математичних моделей об'єктів керування. Вибір пристроїв незмінної та змінної частин. Вирішення задачі аналізу чи синтезу. Принцип роботи змішувальної установки основі одноконтурних систем регулювання. Синтез автоматичної системи регулювання.
курсовая работа [301,9 K], добавлен 22.02.2011Дослідження принципів керування в системах автоматичного керування об’єктами і процесами за збуренням і відхиленням. Основні переваги та недоліки керування за збуренням. Аналіз якості способу керування швидкістю обертання двигуна постійного струму.
лабораторная работа [333,0 K], добавлен 28.05.2013Аналіз технологічного процесу як об’єкту керування. Розробка системи автоматичного керування технологічним процесом. Проектування абсорберу з шаром насадок для вилучення сірководню із природного газу. Вибір координат вимірювання, контролю, сигналізації.
курсовая работа [663,2 K], добавлен 29.03.2015Техніко-економічне обґрунтування проектованої системи автоматизації. Характеристика продукту виробництва еритроміцину, опис його технології. Розрахунок та проектування системи автоматичного керування технологічним процесом. Організація охорони праці.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 08.11.2011
