Системи групового живлення та управління електроспоживанням енергоємких установок і технологічних комплексів

Встановлено, що виконати аналіз та розрахунки ефективності розгалужених ЕЕС, які живлять установки й комплекси з різкозмінними (циклічними) навантаженнями, відомими методами (графоаналітичним, імовірнiсним, модуляційним) складно й малоефективно. Розроблений на основі дискретних функцій та гармонічного синтезу новий метод дозволяє в будь-якій точці ЕЕС, з великою точністю, на дискретних інтервалах і за цикл визначити всі показники електроспоживання. Це дало можливість сформулювати та реалізувати пріоритетні напрямки у підвищенні ефективності складних і енергоємких ЕЕС, технологічних комплексів і установок (прокатних станів, екскаваторів, підіймачів), циклічні (або квазіциклічні) режими яких є основними. Запропонований підхід розкрив можливості для якісно нового принципу оцінки й формування енергетичних процесів групових технологічних комплексів прокатного виробництва, при якому використовується обмежений об'єм вихідної інформації та нестандартні технічні рішення.

Отримали розвиток теоретичні положення, які стосуються комутаційних викривлень та режимів взаємовпливу і які обумовлені специфічними умовами функціювання й взаємозв'язку електромагнітних процесів групових комплексів при живленні від загальної мережі. Запропоновано спектральний метод розрахунків комутаційних викривлень при обмеженій кількості взаємозв'язаних за технологічним процесом установок (механізмів) на основі часткових коефіцієнтів Фур'є, який дозволяє, на відміну від відомих, урахувати когерентність k-х гармонік і-х пристроїв та з більшою точністю визначити рівень окремих гармонік і коефіцієнта несинусоїдальності. Отримано нові результати режимів взаємовпливу групових комплексів циклічної дії (на прикладі багатодвигунного тиристорного електропривода екскаватора), якими визначені граничні умови (кути управління і комутації, комутаційні втрати напруги) безаварійної роботи реверсивних схем із урахуванням реальних параметрів і експлуатаційних характеристик, способів живлення та управління. Розроблено комплексний підхід до вирішення проблеми електромагнітної сумісності, який полягає у використанні групових структур із частковим або повним вилученням суміщених комутацій, зменшеннi впливу імпульсних навантажень на ЕЕС, впровадженні стабільних джерел підвищеної швидкодії.

Показано шляхи й можливості практичної реалізації запропонованих технічних рішень підвищення ефективності енергоємких технологій, які грунтуються на поєднанні компенсуючих властивостей особисто ПП у ланках індивідуальних навантажень та зниженні рівня неактивних складових потужності в межах суміжних технологічних установок, що в умовах прокатного виробництва визначає комплексний підхід до підвищення показників електроспоживання. З урахуванням ефекту середньостатистичного наближення технологічних і енергетичних параметрів суміжних клітів неперервного прокатного стана запропоновано новий попарно-груповий метод, який при спрощеному варіанті комбінованої комутації забезпечує компенсацію (або генерацію) реактивної потужності в ланках ЕЕС і обмежує рівень гармонік первинного струму за рахунок формування багатофазового режиму та вибору відповідних співвідношень кутів управління. Такий підхід спричиняє зменшення до мінімуму циркуляції неактивних складових потужності в силових елементах і мережах складних ЕЕС і суттєво обмежує втрати електроенергії, що практично досягається лише при частковій модернізації силового електрообладнання. Практична реалiзацiя систем прогнозування та контролю електроспоживання досягається на основi розроблених алгоритмiв i стандартних пристроiв введення iнформацiї, що забезпечує передумови їх широкого використання при проектуваннi та експлуатацiї складних ЕЕС.

Результати виконаних теоретичних і експериментальних досліджень знайшли застосування при розробці та впровадженні групових тиристорних збуджувачів СД великої потужності, систем живлення електротехнологічних і транспортуючих установок, у яких використана ідея структурного синтезу неоднорідних схем із симетричними режимами навантажень. Концепція формування групового режиму електроспоживання використана при обгрунтуванні та впровадженні в технологічні ланки прокатного виробництва високоефективних технічних рішень з розширеним спектром складових ефективності та надійності, електромагнітні характеристики нелінійних мереж з імпульсними та нестабільними навантаженнями враховані при створенні та впровадженні групових систем живлення й управління в автоматизовані зварювальні комплекси та установки вуглезавантаження. Кількісні та якісні показники впроваджених технічних рішень та їх суттєві переваги в порівнянні з відомими розробками викладені у відповідних документах, які наведені в додатках.

Основні публікації за темою дисертації

Синолицый А.Ф. Энергетические зависимости групповых преобразовательных устройств // Техн. электродинамика. - 1998. № 1. С. 30 - 34.

Сiнолиций А.П. Новi напрямки в енергозбереженнi гiрничо-металургiйних комплексiв // Вiдомостi академiї гiрничих наук України. 1997. № 3. С. 101 - 102.

Синолицый А.Ф. Первичный ток групповых преобразовательных устройств // Изв. вузов и энергетических объединений СНГ. Энергетика. 1992. № 9 - 10. С. 29 - 33.

Синолицый А.Ф. Общие энергетические характеристики многодвигательной системы АВК // Изв. вузов. Энергетика. - 1983. № 7. - С. 121 - 125.

Синолицый А.Ф. Новый принцип построения информационно-измерительных систем электропотребления в автоматизированном электроприводе // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. Вестник ХГПУ. Тематич. вып. 61. - Харьков: ХГПУ. - 1999. - С. 328 - 330.

Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П., Лазаревич Г.Г. Повышение энергетических характеристик многодвигательных вентильных электроприводов путем использования комбинированной коммутации // Горная электромеханика и автоматика. - 1980. - Вып.36. - С. 41 - 46.

Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г., Ляук Г.И., Шкода А.А. Основные энергетические соотношения для вентильных преобразователей постоянного тока с несколькими независимо регулируемыми выходами и комбинированной коммутацией // Изв. вузов. Электромеханика. - 1983. - № 3. - С. 101 - 106.

Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г. Общие энергетические выражения для многодвигательного тиристорного электропривода постоянного тока // Методы и средства повышения эффективности устройств преобразовательной техники. - К.: Наукова думка. - 1981. С. 100 - 103.

Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П., Лазаревич Г.Г. Анализ энергетических характеристик асинхронно-вентильного каскада с использованием ЭВМ // Горная электромеханика и автоматика. - 1982. Вып.40. - С. 111 - 117.

Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г. Энергетические характеристики многодвигательного вентильного электропривода с комбинированной коммутацией // Современные проблемы преобразовательной техники. - К.: Наукова думка. - 1980. - С. 94 - 103.

Синолицый А.Ф., Бутенко В.И. Граничные режимы якорной цепи маломощного тиристорного электропривода с шунтирующим диодом // Электромашиностроение и электрооборудование. - 1981. - Вып.32. - С. 19 - 24.

Синолицый А.Ф., Бутенко В.И. Уточненный метод расчета критической индуктивности контура нагрузки тиристорных преобразователей // Изв.вузов. Энергетика. - 1977. - № 9. - С. 45 - 49.

Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г. Составляющие полной мощности и их определение в электрических цепях с вентилями // Оптимизация устройств энергетической электроники. - К.: Наукова думка. - 1981. - С. 29 - 34.

Синолицый А.Ф., Олейник В.Д., Лазаревич Г.Г. Исследования энергетических показателей многодвигательного электропривода экскаватора // Процессы в устройствах преобразования параметров электрической энергии. - К.: Наукова думка. - 1983. - С. 125 - 128.

Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П., Родькин Д.И., Бутенко В.И. Электромагнитные процессы в роторной цепи каскада при двукратном включении вентилей инвертора // Электротехника. - 1974. - № 3. - С. 46 - 50.

Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П., Олейник В.Д., Лазаревич Г.Г. Энергетические характеристики многодвигательного тиристорного электропривода экскаватора при различных способах управления вентильными группами // Горная электромеханика и автоматика. - 1983. - Вып.42. - С. 66 - 69.

Синолицый А.Ф., Бутенко В.И., Родькин Д.И. Гармоники тока каскада при двукратном включении вентилей инвертора // Изв. вузов. Энергетика. - 1976. - №1. - С. 48 - 54.

Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П., Лазаревич Г.Г. Применение групповых вентильных преобразователей для многодвигательного электропривода // Горная электромеханика и автоматика. - 1981. Вып. 39. - С. 64 - 69.

Ляук Г.И., Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г., Шкода А.А. Построение рациональных систем многодвигательного тиристорного электропривода постоянного тока // Изв. вузов. Электромеханика. - 1983. - № 4. - С. 84 - 90.

Лазаревич Г.Г., Синолицый А.Ф., Олейник В.Д., Шкода А.А. Рациональные законы управления вентилями и вентильными группами комбинированных преобразователей // Процессы в устройствах преобразования параметров электрической энергии. - К.: Наукова думка. - 1983. - С.131 - 135.

Лазаревич Г.Г., Шкода А.А., Синолицый А.Ф., Ляук Г.И. О снижении реактивной мощности комбинированных схем вентильных преобразователей // Изв. вузов. Электромеханика. - 1984. - № 6. - С. 70 - 76.

Бондаренко В.П., Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г., Шкода А.А. Алгоритм управления синхронизированным с сетью широтно-импульсным преобразователем для многодвигательного электропривода постоянного тока // Горная электромеханика и автоматика. - 1983. - Вып. 42. - С. 69 - 77.

Бутенко В.И., Синолицый А.Ф., Лазаревич Г.Г., Шкода А.А. Особенности тормозных режимов тиристорного электропривода скипового подъемника // Горная электромеханика и автоматика. - 1985. - Вып. 47. - С. 60 - 64.

Чермалых В.М., Родькин Д.И., Синолицый А.Ф., Назаренко В.М., Гужовский А.Т., Филипп Ю.Б., Осадчук Ю.Г., Захаров В.Ю. Повышение эффективности электроприводов стационарных установок железорудных шахт // Изв. вузов. Горный журнал. - 1982. - №8. - С. 103 - 106.

Олейник В.Д., Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П. Гармоники первичного тока многодвигательного тиристорного электропривода экскаватора // Горная электромеханика и автоматика. - 1986. - Вып. 48. - С. 76 - 79.

Лазаревич Г.Г., Ляук Г.И., Синолицый А.Ф., Шкода А.А. Взаимовлияние вентильных групп в схеме комбинированного преобразователя // Изв. вузов. Электромеханика. - 1987. - № 3. - С. 76 - 80.

Олейник В.Д., Синолицый А.Ф. Режимы работы тиристорных преобразователей многодвигательного электропривода экскаватора при различных способах питания // Изв. вузов. Энергетика. - 1987. - № 6. - С. 56 - 59.

Олейник В.Д., Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П. Особенности совместной работы многодвигательного тиристорного электропривода экскаватора // Горная электромеханика и автоматика. - 1985. - Вып. 47. - С. 52 - 54.

Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П. Аварийные режимы асинхронно-вентильного каскада (АВК) при опрокидывании инвертора с двукратным включением вентилей // Горная электромеханика и автоматика. - 1976. - Вып.29. - С. 90 - 95.

Синолицый А.Ф., Родькин Д.И., Бутенко В.И., Бондаренко В.П. Особенности аварийных режимов роторной цепи асинхронно-вентильного каскада // Горная электромеханика и автоматика. - 1976. - Вып.28. - С. 7 - 11.

Каневский В.В., Родькин Д.И., Синолицый А.Ф., Стариков А.Н. Разработка и внедрение в горнорудную промышленность асинхронно-вентильных каскадов с улучшенным коэффициентом мощности // Преобразование параметров электрической энергии. - К.: Наукова думка. - 1975. - С. 172 - 183.

Родькин Д.И., Христенко В.Г., Каневский В.В., Ляук Г.И., Синолицый А.Ф. Определение состава гармонических в кривой первичного тока вентильных преобразователей с усложненными способами управления // Электротехника. - 1973. - №10. - С. 1 - 3.

Родькин Д.И., Ляук Г.И., Христенко В.Г., Синолицый А.Ф., Бондаренко В.П. Компенсация реактивной мощности глубокорегулируемых вентильных приводов постоянного тока с усложненными способами сеточного управления // Преобразование параметров электрической энергии. - К.: Наукова думка. - 1975. - С. 166 - 172.

Синолицый А.Ф., Ляук Г.И., Фесенко А.Д. Повышение надежности работы инверторной группы ножниц 1250 тонн // Бюллетень ЦНИИИ черной металлургии. - 1977. - №12. - С. 47 - 49.

Демиденко Н.И., Бутенко В.И., Синолицый А.Ф. Тиристорный электропривод планшайбы универсального сварочного манипулятора // Горный журнал. - 1973. - №12. - С. 48 - 49.

Бондаренко В.П., Синолицый А.Ф., Самойлович И.С., Колесник А.С. Полупроводниковые возбудители синхронных двигателей рудоразмольных мельниц // Горный журнал. - 1970. - №1. - С. 50 - 51.

Бондаренко В.П., Колесник А.С., Ляук Г.И., Синолицый А.Ф. Основные расчетные соотношения бестрансформаторного тиристорного возбудителя синхронных двигателей // Изв. вузов. Горный журнал. - 1970. - №5. - С. 150 - 153.

А.с.1072219 СССР, МКИ Н 02 М 7/17. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.Ф. Синолицый (СССР). - №3502385/24 - 07; Заявлено 20.10.82; Опубл. 07.02.84, Бюл. № 5. - 2 с.

А.с. 1418673 СССР, МКИ G 05 F 1/56. Способ регулирования напряжения группы импульсных регуляторов / Г.Г. Лазаревич, А.А. Шкода, И.В. Мурашкина, А.Ф. Синолицый, А.В. Яровой (СССР). - №4185890/24-07; Заявлено 26.01.87; Опубл.23.08.88, Бюл. № 31. - 6 с.

А.с. 1203680 СССР, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод постоянного тока / В.И. Бутенко, А.Ф. Синолицый, А.А. Шкода, Д.И. Родькин (СССР). - № 37773509/24-07; Заявлено 23.07.86, Бюл. № 1. - 3 с.

А.с.1291322 СССР, МКИ В 23 К 9/10. Источник питания для импульсно-дуговой сварки в защитном газе / Г.Г. Лазаревич, А.Ф. Синолицый, В.В. Червяков, А.А. Шкода, И.В.Мурашкина (СССР). - №3969837/25 - 27; Заявлено 26.10.85; Опубл. 23.02.87, Бюл. №7.- 4 с.

Синолицый А.Ф. Оптимизация энергетических режимов непрерывного прокатного стана на основе попарно-групповой компенсации неактивных составляющих мощности // Приднiпровський науковий вiсник. Технiчнi науки. - 1998. №84(151). С. 85 - 88.

Синолицый А.Ф. Энергетическая эффективность электроэнергетических сетей (ЭЭС) с преобразовательными структурами (ПС) нового поколения // Приднiпровський науковий вiсник. Технiчнi науки. - 1998. №78(145). С. 87 - 90.

Синолицый А.Ф. Модифицированный метод расчета энергетической эффективности сложных комплексов и систем // Академический вестник международной академии компьютерных наук и систем. - Кривой Рог: КрТО МАКНС. 1998. № 1. С. 32 - 36.

Синолицый А.Ф. Коммутационные процессы и режимы в электроэнергетических сетях (ЭЭС) с групповыми преобразовательными устройствами // Академический вестник международной академии компьютерных наук и систем. - Кривой Рог: КрТО МАКНС. - 1999. - №3. - С. 26 - 30.

Синолицый А.Ф. Метод анализа и расчета энергетической эффективности групповых установок на основе случайных и детерминированных функций нагружения // Академический вестник международной академии компьютерных наук и систем. - Кривой Рог: КрТО МАКНС. - 1998. - №2. - С. 90 - 94.

Синолицый А.Ф. Системы автоматизированного проектирования электропотребления групповыми установками и комплексами // Академический вестник международной академии компьютерных наук и систем. - Кривой Рог: КрТО МАКНС. - 1999. - №3. - С. 30 - 33.

Синолицый А.Ф., Гуров И.А., Ткаченко Е.В., Хаттиб Н. Энергетическая эффективность группового тиристорного электропривода // Труды конф. с междунар. уч. "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков: Основа - 1996. - С. 243 - 244.

Синолицый А.Ф., Гуров И.А., Ткаченко Е.В., Хаттиб Н. Методы расчета энергетической эффективности установок с циклическим режимом работы // Труды конф. с междунар. уч. "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков: Основа. - 1996. - С. 150 - 151.

Лазаревич Г.Г., Синолицый А.Ф. О повышении коэффициента мощности вентильных преобразователей // Тез. докл. Всес. научн.-техн. конф. "Проблемы преобразовательной техники". - Часть II. - К.: ИЭД АН УССР. - 1979. - С. 27 - 30.

Лазаревич Г.Г., Синолицый А.Ф., Шкода А.А. Синтез рациональных параметров цепей принудительной коммутации комбинированного преобразователя для систем многодвигательного электропривода постоянного тока // Тез. докл. III Всес. научн.-техн. конф. "Проблемы преобразовательной техники". - Часть VII. - К.: ИЭД АН УССР. - 1983. - С. 63 - 66.

Особистий внесок автора полягає в розвитку теорії та практичних методів створення ефективних систем групового живлення та управління електроспоживанням енергоємких установок і технологічних комплексів на основі розроблених методів прогнозування процесів енергообміну в складних нелінійних мережах і синтезу енергетично оптимальних структур та алгоритмів управління, участі в експериментальних дослідженнях та впровадженні розробок. Роботи [1-5,38,42-47] написані здобувачем особисто, в роботах [6-22,25-28] здобувачеві належать основні ідеї що до наукового обгрунтування теоретичних положень по підвищенню ефективності систем групового живлення установок і комплексів, в роботах [23,24,29-37] здобувачем запропоновані нові підходи відносно розробок та впровадження у виробництво високоефективних засобів енергозбереження та надійності, в роботах [39-41] здобувачем запропоновані схемотехнічні рішення системи групового живлення, в роботах [48-51] здобувачеві належать ідеї структурно-аналітичного методу аналізу і розрахунків енергетичної ефективності та синтезу раціональних параметрів.

Анотація

Сінолиций А.П. Системи групового живлення та управління електроспоживанням енергоємких установок і технологічних комплексів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2000.

У дисертації здійснено теоретичне обгрунтування й розвиток нового напрямку в створенні систем групового живлення та управління електроспоживанням енергоємких установок і технологічних комплексів. Підвищення основних показників таких систем досягається за рахунок суміщення ефективних методів прогнозування процесів енергообміну в складних нелінійних мережах та аналітичного синтезу структур живлення й алгоритмів управління з високими компенсуючими неактивні складові потужності властивостями в режимах групового електроспоживання. Запропоновано способи й розроблено схемотехнічні рішення, які надають можливість здійснити гнучкий процес управління технологічними об'єктами при високих характеристиках функціювання їх у системі групового живлення. Основні результати роботи знайшли промислове застосування при розробці й впровадженні ефективних способів енергозбереження та електромагнітної сумісності в ЕЕС з розгалуженими та циклічними навантаженнями.

Ключові слова: система групового живлення, управління, синтез, компенсація, електромагнітна сумісність, ефективність, циклічне навантаження.

Аннотация

Синолицый А.Ф. Системы группового питания и управления электропотреблением энергоемких установок и технологических комплексов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы. - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2000.

В диссертации осуществлено теоретическое обоснование и развитие нового направления в создании систем группового питания и управления электропотреблением энергоемких установок и технологических комплексов. Идея работы состоит в повышении эффекта оптимизации показателей электропотребления за счет решения задач моделирования и расчета энергетических процессов разнотиповых нелинейных сетей на основе единого подхода и формирование группового режима электропотребления с приоритетом компенсации неактивных составляющих мощности непосредственно устройствами управления одиночными и групповыми объектами. Показано, что решение задач прогнозирования и расчета показателей электропотребления в условиях группового питания и нестабильности нагрузок наиболее эффективно достигается структурно-аналитическим моделированием энергообменных процессов, предусматривающим идентификацию многоуровневых ЭЭС энергетическими моделями соответствующих типов и математическим описанием энергетических режимов. Введение фактора элементарных спектров в задачу определения баланса энергий обеспечивает формирование основных зависимостей электропотребления в форме интегральных уравнений синтеза, которые составляют основу математического обеспечения алгоритмов и программ автоматизированного расчета и контроля показателей электропотребления. Обоснована концепция повышения энергетической эффективности систем группового питания на основе декомпозиции неактивных составляющих мощности и минимизации их уровней путем формирования преобразовательными структурами энергетически рациональной формы тока в силовых цепях ЭЭС. При этом максимальный эффект достигается в системах питания объектов непрерывно поточных технологий, когда за счет сочетаний комбинированной коммутации с процессом формирования эквивалентных многофазных режимов обеспечиваются минимальные уровни неактивных составляющих мощности без внешних компенсирующих устройств. Установлено, что создание высокоэффективных систем группового питания и управления предусматривает выбор приоритетных критериев эффективности, учитывающих взаимосвязь электромагнитных и энергетических процессов в силовых цепях ЭЭС, неоднородность их структур и нестабильность нагрузок. На этой основе предложены и реализованы методики создания таких систем для широкого класса механизмов, установок и технологий. Проведены экспериментальные и промышленные исследования разработанных и внедренных в производство схемотехнических решений, существенно повысивших эксплуатационные характеристики и надежность функционирования объектов в системе группового электропотребления.

Ключевые слова: система группового питания, управление, синтез, компенсация, электромагнитная совместимость, эффективность, циклическая нагрузка.

Annotation

Sinolitsiy A.P. Systems of group supply and control with electrousing of power capacious installations and technological complexes. - Manuscript.

Thesis for doctor's degree, speciality 05.09.03 - еlectrotechnical complexes and systems. - National mining university of Ukraine, Dnіpropetrovsk, 2000.

Theoretical grounds and development of the new direction in creation of the system of group supply and control by electrousing of power capacious instalations and technological complexes is fulfilled in the thesis. Improvement of main indices of such systems is achieved thanks to the combination of the effective methods of the forcast of the processes of power exchange in difficult nonlinear systems and analytical synthesis of structures of supply and instructions of control with high compensations unactive compounds powers characteristics in conditions of group electrousing. Technological diagrams and means which make it possible to put into practice adoptable process of leadership by technological objects under the high characteristics of their function in the system of group supply are suggested and worked out. The main results of the work have found industrial application underworking out and inculcation of effective ways of power saving and electromagnetic combination in EES with branching and cyclic loadings.

Key words: system of a group supply, to control, synthesis, indemnification, electromagnetic compatibility, efficiency, cyclic loading.

Размещено на Allbest.ru