close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;docx

код для вставкиСкачать
22
Ïðèáîðû è ýëåêòðîîáîðóäîâàíèå
УДК 621.311
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНВАРИАНТНЫХ
САУ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
Крюков О.В., канд. техн. наук, доцент, главный специалист ОТДиНТИ,
ОАО «Гипрогазцентр»
603950, г. Нижний Новгород, ул. Алексеевская, д. 26
E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрены принципы проектирования современных систем автоматического управления объектами компрессорных станций магистрального
транспорта газа. Представлена методология и алгоритмы инвариантных систем управления газоперекачивающими агрегатами и аппаратами воздушного
охлаждения газа.
Ключевые слова: магистральные газопроводы, компрессорные станции, газоперекачивающие агрегаты, аппараты воздушного охлаждения газа, инвариантные
системы управления.
DESIGNING OF INVARIANT AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS
BY ELECTRIC DRIVES OF GAS TRANSPORT SYSTEMS
Kryukov O.V., Ph. D. of technical sciences, associated professor, chief specialist at OTDiNTI
«Hyprogascenter» OAO, Nizhniy Novgorod
Lead. Principles of designing of modern systems of automatic control of objects of
compressor stations of magistral transportation of gas have been considered. Methodology
and algorithms of invariant systems of control of gas compressor units and aerial cooler
apparatus have been presented.
Key words: magistral gas pipelines, compressor stations, gas compressor units, aerial
cooler apparatus, invariant control systems.
Энергоэффективная и надежная работа газотранспортной системы России в условиях сурового
и резкоконтинентального климата зависит от
строгого соблюдения системных оптимальных
технологических параметров работы каждого
локального объекта компрессорных станций (КС)
[1]. Это в значительной степени определяется
совершенством более 4 тыс. газоперекачивающих
агрегатов (ГПА) и 6 тыс. аппаратов воздушного
охлаждения (АВО) газа, а также многочисленных
вспомогательных систем водоснабжения, водоотведения и климатики помещений КС, которые
в совокупности являются основными потребителями электроэнергии при транспорте газа по
магистральным газопроводам (МГ).
Анализ режимов и особенностей функционирования электроприводных турбокомпрессоров
и прочих механизмов с вентиляторной нагрузкой
в реальных условиях показал, что рациональное
применение автоматизированного частотно-регуЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ: ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ • 12 • 2013
Ïðèáîðû è ýëåêòðîîáîðóäîâàíèå
лируемого электропривода с интеллектуальными
системами управления позволяет обеспечить высокие показатели производительности транспорта
газа, энерго- и ресурсосбережения, повысить
надежность, долговечность работы оборудования
и удобство обслуживания с поста АСУ КС при
оптимизации алгоритмов функционирования
агрегатов на основе теории планирования эксперимента и ее приложений [2].
В практике автоматизированных электроприводов (АЭП) большинство агрегатов и процессов
функционируют в условиях, при которых момент
нагрузки, скорость и многие технологические
параметры не остаются постоянными, как принимается упрощенно. Это обусловлено как факторами
технологического характера (особенностями
кинематики системы, колебаниями механической
нагрузки и переходными режимами), так и иными
воздействиями (метеорологическими, рельефными,
природными), которые носят преимущественно
случайный характер.
В первом случае АЭП, непосредственно с
объектом воспринимая возмущения детерминированного или стохастического характера,
должен отрабатывать все изменения кинетической энергии и нагрузки в соответствии с
законом управления.
Во втором – сам АЭП не подвержен возмущениям, но с целью поддержания выходных характеристик на оптимальном уровне все внешние
воздействия на объект должны автоматически
корректировать управляющие воздействия на
него в рамках комбинированных систем автоматического регулирования (САР).
Основными причинами стохастического
графика нагрузки является влияние 4 групп
случайных факторов, среди которых неоднородность параметров газа, профиль трассы, люфты в
кинематике, изменения параметров и характера
работы агрегатов. При этом коэффициент вариации для большинства процессов случайного
нагружения АЭП велик и составляет до 0,4÷0,9;
а энергетический частотный спектр их обычно
заключен в диапазоне низких частот 0,01÷4 Гц.
Совокупность случайных факторов, действующих на рабочие органы механизмов, определяет
не только случайный характер нагрузки, потребляемой мощности и скорости АЭП, но и его
12 • 2013 • ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ: ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ
23
КПД, коэффициент мощности, продолжительность
включения и частоту включения в час. Так как
случайный процесс нагружения не может быть
достоверно описан традиционной детерминированной диаграммой, для адекватного расчета
основных параметров автоматизированного
АЭП необходимо использовать статистические
методы планирования эксперимента.
Исследования с привлечением аппарата
теории вероятности показали, что процесс нагружения АЭП обычно распределен по закону
Райса, частными случаями которого являются
распределение Релея при q = 2 и Гаусса при
q = 5. Для приближенных задач оценки случайной
нагрузки АЭП целесообразно использовать
таблицы этих распределений.
Методология оптимизации параметров АЭП
со случайной нагрузкой при непосредственном
ее воздействии на рабочие органы привода (1-го
рода) основана на статистических функциях
распределения конкретной системы механизма
или метода регрессионного анализа.
При отсутствии непосредственного воздействия совокупности стохастических возмущений на электрические и механические
органы электропривода (системы 2-го рода)
наиболее целесообразным является организация
инвариантной системы управления по типу
комбинированной САР, адекватно учитывающей
все частные влияния возмущений на объект.
Для этого все влияющие возмущения после
формализации вводятся в закон управления
электроприводом, чем обеспечивается адекватность задания момента и скорости текущему
состоянию объекта.
Для рассматриваемой группы механизмов и
технологических процессов возможны два метода
идентификации и расчета АЭП, используемые
в ОАО «Гипрогазцентр» при проектировании
АСУ КС.
Идентификация с последующим автоматизированным расчетом алгоритмов управления.
В этом случае идентификация модели объекта
управления осуществляется один раз, после чего
рассчитывается алгоритм управления с постоянными параметрами в режиме on-line или off-line.
Поэтому данный метод следует применять при
выборе структуры системы управления и расчета
24
Ïðèáîðû è ýëåêòðîîáîðóäîâàíèå
регуляторов с фиксированными параметрами
или адаптивных регуляторов с прямой связью.
Разработка самооптимизирующихся (самонастраивающихся) адаптивных алгоритмов
управления АЭП. В этом случае идентификация
модели объекта производится периодически и
после очередного получения оценок модели объекта в режиме on-line определяются параметры
алгоритма управления с переменными коэффициентами. Достоинствами метода является
возможность непрерывного слежения алгоритма
за медленно меняющимися параметрами объекта
и меньшее время обработки в ПК.
Наиболее характерными примерами агрегатов
КС со случайными возмущениями 2-го рода
являются АЭП, входящие в комплекс АСУ КС:
ГПА и АВО газа после его компримирования в
нагнетателях ГПА.
Общими особенностями для рассматриваемых
агрегатов со случайными возмущениями 2-го
рода и требованиями к локальным установкам
с частотно-регулируемыми АЭП являются:
– непрерывность технологического процесса КС (суточная, сезонная, годовая), которая
обуславливает работу АЭП в продолжительном
режиме S1 со спокойным характером нагрузки;
– стабильная работа при непрерывном
воздействии нескольких независимых друг от
друга стохастических возмущений метеорологического и технологического характера;
– плавное регулирование скорости при
нагрузке вентиляторного типа Мст  ω2 диктует
выбор параметров АЭП исходя из наиболее
напряженной точки в верхней части диапазона
регулирования;
– необходимость стабилизации значений
главного технологического параметра агрегатов КС на оптимальном уровне (давления
или температуры газа) путем регулирования
скорости вращения и момента АЭП;
– большие маховые массы агрегатов и
мощностей приводных двигателей (до десятков
мегаватт) обуславливают применение схем и
устройств, облегчающих пуск и выход на номинальный режим АЭП с большим суммарным
моментом инерции;
– необходимость периодической кратковременной работы на низких («ползучих») ско-
ростях для проведения регламентных работ, в
т. ч. зимой;
– большие постоянные времени теплотехнических процессов транспорта газа, на
несколько порядков превосходящие электромеханические постоянные времени АЭП;
– высокие технико-экономические показатели энергосбережения и энергоэффективности при частотном регулировании скорости.
В качестве типичного примера рассмотрим
методологию оптимизации инвариантного
управления АЭП ГПА, являющихся главными
агрегатами компрессорных станций магистрального транспорта газа [1]. Величина давления газа
на выходе ГПА существенно влияет на работу
газотранспортной системы, обеспечивая отсутствие нарушений трубопроводов и увеличение
объемов газоподачи.
Главными стохастическими возмущениями
ГПА на КС являются метеорологические факторы
(температура, влажность окружающего воздуха,
атмосферное давление, наличие и интенсивность
ветра, осадков и проч.); и технологические факторы (текущие изменения газоподачи, давления
газа после компримирования и температуры
на входе).
В результате обработки исходных массивов
численных данных ГПА с АЭП по системе ПЧ-АД
мощностью Р ном = 12,5 МВт, работающих на нагнетатель по закону U/f2 = const с использованием программных средств Mathcad, получены
нелинейные и линеаризованные управляющие
функции.
Для точной стабилизации давления газа разработана комбинированная САР АЭП ГПА с отрицательной обратной связью по давлению. Анализ
сходимости результатов показал достаточную
точность инвариантного задания скорости во
всем диапазоне изменения возмущений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Крюков О. В. Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций. – Н. Новгород: Вектор ТиС, 2010–
2012. – в 3 т. – С. 27.
2. Крюков О.В. Интеллектуальные электроприводы с IT-алгоритмами // Автоматизация в
промышленности. – 2008. – № 6. – С. 36–39.
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ: ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ • 12 • 2013
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа