Optimalizácia režimov elektrickej siete atď. Optimalizácia režimov systému IF-IM. Podsystémy automatického riadenia procesov

Podobné dizertačné práce v odbornosti "Elektrárne a elektroenergetické systémy", 14.05.02 kód VAK

• Vývoj a aplikácia matematických modelov na výpočet ustálených a dynamických režimov EPS s riadenými bočnými kompenzačnými zariadeniami 2006, kandidát technických vied Ebadian Mahmud

• Zlepšenie prevádzkových charakteristík systému elektrickej energie (Bangladéš) implementáciou kontrolných akcií 2001, kandidát technických vied Islam Md. Nurul

• Štúdium prevádzkových režimov, odôvodnenie spôsobov rozvoja a zvýšenia účinnosti energetického systému Tyumen 2000, kandidát technických vied Vasiliev, Viktor Alekseevič

• Režimy a stabilita medzisystémového prenosu tranzitného výkonu 330 kV JE Kola - Lenenergo s riadenými zariadeniami na kompenzáciu jalového výkonu 2008, kandidát technických vied Smirnov, Vladimir Aleksandrovich

• Zdokonaľovanie metód a prostriedkov riadenia režimov elektrizačných sústav založených na pružných prvkoch prenosu energie (FACTS) 2009, doktor technických vied Sitnikov, Vladimír Fedorovič

Záver dizertačnej práce na tému „Elektrárne a elektrické energetické systémy“, Berek G/Meskel Lemma

Zoznam odkazov na výskum dizertačnej práce Kandidát technických vied Lemma Bereka G/Meskel, 2002

Upozorňujeme, že vyššie uvedené vedecké texty sú zverejnené len na informačné účely a boli získané prostredníctvom rozpoznávania textu pôvodnej dizertačnej práce (OCR). Preto môžu obsahovať chyby spojené s nedokonalými rozpoznávacími algoritmami. V súboroch PDF dizertačných prác a abstraktov, ktoré dodávame, sa takéto chyby nevyskytujú.

Cieľom problému optimalizácie režimov frekvenčne riadeného asynchrónneho elektrického pohonu je dosiahnutie extrému akostnej funkcie (kritérium optimálnosti). Pri elektrických pohonoch je jedným z dôležitých kvalitatívnych kritérií z hľadiska energie a spoľahlivosti strata výkonu. Požiadavky na optimálnosť z hľadiska strát je možné zvážiť vo vzťahu k motoru, frekvenčnému meniču a elektrickému pohonu ako celku.

Identifikácia optimálneho režimu riadenia na minimalizáciu strát motora je dôležitá v nasledujúcich prípadoch:

Pri zabezpečení minimálnych strát na obmedzenie zahrievania motora a rozšírenie rozsahu zaťažovacích momentov prípustných pre vykurovanie;

Analyzovať účinnosť zákonov riadenia frekvencie na základe kritéria strát pri použití zákona riadenia založeného na minimálnych stratách v motore ako štandard.

Cieľom v týchto prípadoch je zabezpečiť spoľahlivú prevádzku motora, pretože aj mierne opakované zvýšenie teploty vinutia statora nad prípustnú hranicu vedie k zrýchlenému starnutiu izolácie a zníženiu životnosti motora.

Z hľadiska zabezpečenia ekonomickej a spoľahlivej prevádzky meniča je vhodné formulovať problém optimalizácie jeho režimov podľa kritéria výkonových strát meniča.

Optimalizácia režimov elektrického pohonu na minimalizáciu strát v systéme invertor-invertor má praktický zmysel, keď sa uvažuje o elektrickom pohone ako o spotrebiteľovi elektrickej energie. V tomto prípade je dôležité vedieť, v akom vzťahu k podmienke minimálnych strát v systéme invertor-invertor sú straty v asynchrónnom motore a frekvenčnom meniči.

Uvažujme o jednej z možných formulácií problému optimalizácie elektrického pohonu s premenlivou frekvenciou na základe výkonových strát v IM, pre ktorý je hlavným prevádzkový režim s konštantným alebo pomaly sa meniacim zaťažovacím momentom.

Predpokladajme, že technologický proces vyžaduje reguláciu otáčok a je charakterizovaný zmenou momentu statického odporu pracovného telesa výrobného mechanizmu. Vo všeobecnom prípade je problém optimálneho riadenia riešený pre množinu bodov zodpovedajúcich oblasti zmeny krútiaceho momentu M otáčok od asynchrónneho motora predpísanej podmienkami technologického problému.

/ы=(Ры, Т,аы), (3,52)

kde F, T a Q sú graf, doména definície a rozsah hodnôt funkcie /

Vo vzorcoch (3.51) a (3.52) je doména definície T=(t: t0< t

Rozsahy funkcií sú nasledovné:

QM = (M:fM (/) = M, Mmin<М < М

^o) = (ko. (t) - CO, COmjn< СО ^ С0тах },

kde Mmin, comin a Mmax, sto sú dolné a horné hranice množín QM a Q. m.

Grafy funkcií vyzerajú takto:

Рм ~ є Т x£2дj: fM (ґ) = М);

Fa = ((L co) є T x: /w (t) = co).

Uveďme do úvahy stavový vektor X = (M, co), X є £2Х = = QMx QM a riadiaci vektor U = (мь со,), U є = £2М[ x £2Ml. Tu QUl a £2Ш| - oblasť prípustných hodnôt riadiacich činností z hľadiska amplitúdy (u,) a frekvencie (co,) výstupného napätia frekvenčného meniča. Zmenou U je zabezpečený kontrolný cieľ (daný stav vektora X є £2Х)> nevyhnutná podmienka na dosiahnutie ktorého je

kde F(Qу) je korešpondencia medzi množinami možných stavov vektorov X a U.

Podmienka (3.53) je splnená výberom výkonu motora a frekvenčného meniča.

Ak Qx s F(Qу) , potom pre akékoľvek pevné X є Qx existuje neprázdna množina prípustných kontrol s počtom stavov U väčším ako jeden. Podobný záver platí pre každý vnútorný bod oblasti Qx= F(QV).

Prítomnosť slobody voľby činnosti riadenia v elektrickom pohone s premenlivou frekvenciou umožňuje riešiť technologické problémy s najlepšou hodnotou kritéria kvality riadenia. Ak sa za kritérium optimality považujú celkové straty IM, potom optimálne riadenie UonT musí spĺňať riešenie nasledujúceho problému matematického programovania:

ARYU (X, U) -> mníška;

S:f (X, U) = 0, (3,54)

Všimnime si hlavné črty problému formulovaného v

obmedzenie /(X, U) = 0, ktoré v podstate predstavuje mechanickú charakteristiku krvného tlaku v implicitnej forme, pre dané hodnoty momentu M a uhlovej rýchlosti co, dáva dodatočnú súvislosť so slobodou voľby premenné u a co^

kontrola U = (u1)coi) má dve zložky, teda ide o vektorovú veličinu.

Riešenie úlohy (3.54) je komplikované tým, že riadiaci úkon U je vektor. Prítomnosť obmedzenia typu rovnosti však umožňuje zmenšiť rozmer funkcie kvality, ktorá sa má optimalizovať, a tým zredukovať problém optimalizácie s akciou vektorového riadenia U na problém optimalizácie so skalárnym riadením. Vzhľadom na hodnoty M a co špecifikované podmienkami technologického problému sa zložka co i vektora U berie ako skalárna riadiaca akcia.

Pri riešení problému syntézy optimálneho riadenia sa namiesto cox používa absolútny sklz motora (3), keďže pri danej hodnote otáčok hodnota (3 jednoznačne určuje coj.

Na základe vyššie uvedeného možno optimalizačný problém minimalizácie strát formulovať takto:

ARav(X, (3) -> min,

kde je povolená oblasť premennej premennej.

Príslušnosť (3 do oblasti prípustných kontrol Qp je spojená predovšetkým s obmedzenými výkonovými možnosťami frekvenčného meniča. V závislosti od toho, či riešenie problému leží na hranici oblasti Qp alebo nie, sa rozlišujú nepodmienené a podmienené optimalizačné problémy.

DRdv(M, P)->sip=»|3opt; :((3|0<|3<+°°}. (3.55)

Pri výbere metódy riešenia optimalizačného problému je užitočné poznať analytické vlastnosti extrémnych charakteristík, t.j.
definícia funkcie totálnej straty MI v každom pevnom bode predpísanej pracovnej oblasti elektrického pohonu pri zmene absolútneho sklzu. Jedným zo spôsobov, ako získať informácie o vlastnostiach funkcie kvality, je jednoduchá enumeračná metóda, alebo metóda skenovania. Problém nastáva pri výpočte hodnôt stratovej funkcie pre hodnotu vektora X daných podmienkami technologického procesu a zmenou absolútneho sklzu s rovnomerným krokom.

Upozorňujeme, že výpočet extrémnych charakteristík na digitálnom modeli s prihliadnutím na saturáciu nevyžaduje použitie iteračného postupu na výpočet magnetického stavu motora. Pri zohľadnení saturácie je magnetický stav motora určený danými hodnotami M* a P:

Ryža. 3.24. Extrémne charakteristiky IM typu 4A132M6 pre relatívnu hodnotu co, = 1 a rôzne relatívne hodnoty momentu M" bez zohľadnenia saturácie (a) a s prihliadnutím na saturáciu pozdĺž hlavnej magnetickej dráhy (b)

a rôzne pevné hodnoty krútiaceho momentu v intervale 0,25 > > M* > 1,5. Tieto charakteristiky umožňujú identifikovať nasledujúce vlastnosti funkcie kvality D. RdV, ktoré sú dôležité pri zdôvodňovaní spôsobu hľadania extrému:

unimodalita, teda prítomnosť jedného extrému (minimum);

kontinuita a diferencovateľnosť;

konvexné.

Zastavme sa pri metódach riešenia optimalizačného problému minimalizácie strát motora. Keďže funkcia kvality ДРдв(Х, р) je spojitá a konvexná a má spojitú prvú deriváciu, potom na nájdenie extrému tejto funkcie môžeme použiť podmienku známu v matematickej analýze

Zanedbaním vplyvov nasýtenia magnetického obvodu a posunu rotorového prúdu sa z podmienky (3.56) nájde relatívne jednoduché analytické riešenie problému (3.55), ktoré ukazuje, že optimálny sklz nezávisí od záťažového momentu a je určený len parametrami a otáčkami motora (pozri obr. 3.24, A).

Avšak riešenie problému optimálneho riadenia, získané bez zohľadnenia saturácie stroja, možno použiť v obmedzenom rozsahu zmien v M ​​a spol. Keď sa M a co menia v širokom rozsahu, magnetický obvod IM sa nasýti. V tomto prípade má pri riešení extrémnych problémov riadenia zásadný význam brať do úvahy saturáciu IM pozdĺž hlavnej magnetickej dráhy. Kvalitatívne a kvantitatívne nezrovnalosti medzi extrémnymi charakteristikami znázornenými na obr. 3.24, hovoria o potrebe brať do úvahy saturáciu pri zmene krútiaceho momentu v širokom rozsahu.

Pri zohľadnení saturácie magnetického obvodu sa riešenie optimalizačného problému minimalizácie strát IM výrazne komplikuje. Napriek tomu je za určitých podmienok a predpokladov možné analytické riešenie tohto problému. Napríklad pre motor s nelineárnou charakteristikou v tvare |/0 = /(/0) platí zákon riadenia pre minimálne celkové straty IM v rozsahu krútiaceho momentu -(2...3)< М, < +(2...3) с приемлемой точностью описывается параметрической системой, которая в принятой частично отно­сительной системе единиц имеет следующий вид :

kde /0 je premenná hodnota.

Pomocná funkcia má tvar F = -

a indukčná reaktancia v závislosti od nasýtenia motora pozdĺž hlavnej magnetickej dráhy,

^o - -^Onom:

Zadaním medzipremennej /0„ s krokom D/0* pomocou výrazov (3.57) a (3.58) možno nájsť optimálny zákon riadenia vo forme strát v motore pri dosadzovaní optimálnych hodnôt do výrazu (3.26). získame prúdy statora a rotora, ako aj prepojenie hlavného toku

D^dv. opt* = (Ps ^d)*1opt* kpijom*

+[AG + kv (co, + Pom -) J (CO* + Ropt) Vo opt* ^mech^* (3,59)

Prúdy statora a rotora a prepojenie hlavného toku v (3.59) sa vypočítajú pomocou vzorcov (3.7), (3.10) a (3.11) dosadením hodnôt M* = Mopt* a p = ropt:

V2onr* PnomRopt^opt*,

^ 1 OPT*= ^1nom e,(P opt) V2opt* j VoonT* - ^0nom*^0 (Ropt) V2onT* >

^2opt* – ^2nom^2 (Ropt) V2onT*‘

Funkcie vo vzorci (3.60) možno zapísať ako:

Є, (Ropt) = x? +R? (1 + 1-0-%„)2 P5„t;

Є 2 (odtrhnutie) = ^2 Šelanie?

50 (Odstránenie) = 1 + -^22^22aRopt-

Všimnite si, že vzorce (3.57) a (3.58) sú prijateľné pre akúkoľvek povahu magnetizačnej krivky, pretože výpočet komponentov v nich zahrnutých

závislosti /r(i0*) a A^(/0«) sa vykonávajú priamo z jeho súradníc.

Analytické metódy sú relatívne jednoduché, ale sú použiteľné len pre obmedzený rozsah zmien záťažového momentu motora. Pri parametrickej forme reprezentácie optimálneho zákona riadenia sa stáva zložitejšie riešiť problém porovnávacieho hodnotenia účinnosti zákonov frekvenčného riadenia pri špecifikovaní krútiaceho momentu a otáčok motora podľa podmienok technologického procesu. V týchto prípadoch je vhodné použiť numerické algoritmy na hľadanie extrému stratovej funkcie. Zoberme si jednu z možných numerických metód.

Pre pevné hodnoty M a co sa problém (3.55) redukuje na jednoparametrové hľadanie extrému, v ktorom možno použiť gradientovú metódu ako jednu z najefektívnejších metód, ktorá sa vyznačuje rýchlosťou konvergencie iterácie. procesu a používa sa pre kontinuálne diferencovateľné konvexné unimodálne funkcie. Uvažujme výpočtovú schému na hľadanie extrému funkcie DRdv,(A/*,co*,P) pomocou tangentovej metódy.

Počiatočné údaje

1. Parametre modelu Rb R2, L(a, Lla.

2. Koeficienty rovnice celkových strát ks, kr, kg, kv, k k

3. Parametre pre hľadanie extrému metódou dotyčníc: koeficient kroku X = const, báza metódy g, chyba є.

4. Podmienky problému - špecifikované hodnoty momentu M3* a co3*.

Iteračná schéma

1. Výpočet magnetického stavu IM a nominálnych konštánt

MODE. ¥0nom*e *0nom*5 -^IZnome Rnom> ^Onome Є|nom, E2nom*

2. Stanovenie podmienok úlohy M* = M3*, co* = co3 a počiatočnej aproximácie p = pnom.

3. Výpočet magnetického stavu |/0"(M„, P+g), /0*(L/", P+g), X0(M*, P+g) pre prírastok sklzu p+g.

4. Výpočet celkových strát motora DRdv*(M*, co*, p+g) pre prírastok sklzu p+g.

5. Výpočet súradníc magnetického stavu motora j/0*(M*, P~g), /0*(M„P-g), Z0(M„P~g) pre prírastok sklzu p-g.

6. Výpočet celkových strát VM ARDV, (M*, ko„ P-g) pre prírastok sklzu P-g.

7. Výpočet derivácie

d AD ARDV* (L/*,co*,P +g)-D-Rdv* (M*,co*,P - g)

Ako príklad na obr. Obrázok 3.25 zobrazuje charakteristiky IM typu 4A132M6 s optimálnym riadením pri minimálnom ARav pre rôzne relatívne hodnoty uhlovej rýchlosti co*. Charakteristiky zodpovedajú pevným hodnotám rýchlosti co*. Pri konštantných hodnotách rýchlosti co* > 0,1 je závislosť absolútneho sklzu od krútiaceho momentu nelineárna (pozri obr. 3.25, a) a so zvyšujúcou sa rýchlosťou pokrýva nelineárna časť závislosti čoraz širší rozsah zmien krútiaceho momentu. . Závislosť absolútneho sklzu od otáčok sa najvýraznejšie prejavuje v pásme nízkych hodnôt záťažového momentu, t.j

M*< 0,5. В этой же области скольжение менее всего зависит от изменения момента.

V nelineárnej oblasti sú magnetizačné charakteristiky najviac ovplyvnené zaťažovacím momentom a v menšej miere otáčkami motora. Takže pri M* = 0,5 a zmene rýchlosti z co* = 0 na co* = 1 sa absolútny sklz zvýši o 1,46, pri A/* = 1 o 1,36 a pri M* = 2,2 o 1,02 krát. Keď sa zaťaženie zmení v rozsahu od M* = 1 do L/* = 2,2, absolútny sklz sa zvýši pri rýchlosti co* = 1 2,34-krát a pri co* = 0 5,15-krát. Hodnota optimálneho absolútneho sklzu v bode (Mnom«, ^nom*) je o 29 % menšia ako nominálna hodnota.

V bode M* = 0 má optimálny zákon riadenia (30PT(L/*, co*) pre všetky hodnoty rýchlosti konečnú diskontinuitu s jednostrannými limitmi. Pri veľkých hodnotách M* sú grafy funkcie RoptIM*> “*) sú takmer lineárne.

Čím väčšia je hodnota krútiaceho momentu a čím nižšie sú otáčky motora, tým kritickejšie sa menia straty vo funkcii absolútneho sklzu. Zmena krútiaceho momentu má oveľa silnejší vplyv na veľkosť absolútneho sklzu zodpovedajúceho minimálnej strate ako pri vysokých hodnotách krútiaceho momentu. Rozbor grafov ot/min(M*, co) teda naznačuje neprípustnosť zanedbania závislosti optimálneho absolútneho sklzu od krútiaceho momentu motora.

Charakteristiky magnetického toku pri riadení s cieľom minimalizovať straty motora (pozri obr. 3.25, b) ukazujú, že pri optimálnom riadení sa magnetický tok mení v širokom rozsahu a závisí od krútiaceho momentu aj otáčok, t.j. |/0оПт* = = Voopt *(M*, spolu*). Magnetický tok je do značnej miery ovplyvnený zaťažovacím momentom. Pre motor 4A132M6 s co* = 1 a zmenou krútiaceho momentu z M* = 0,1 na M* = 3 sa tok motora zvýši 3,3-krát a pri co* = 0 2,2-krát. Zmena otáčok motora v rozsahu od co* = 0 do co* = 1 má malý vplyv na hodnotu prietoku. So zvyšujúcim sa krútiacim momentom sa znižuje vplyv rýchlosti na prietok. Na zabezpečenie režimu minimálnych strát je potrebné zvýšiť magnetický tok vzhľadom na jeho nominálnu hodnotu, čo sa dosiahne zvýšením napätia vinutia statora.

Charakteristika strát ARDV 0PT*(M„ co*) a účinnosti Ldv. opt^*, co*) s optimálnym riadením sú uvedené na obr. 3.25, c a obr. 3,25, g.

Režim minimálnej straty pri X0 = X0nom = const je znázornený charakteristikami IM znázornenými na obr. 3.27. Tieto charakteristiky ukazujú, že pre IM s lineárnou magnetizačnou charakteristikou (bez zohľadnenia saturácie) optimálny sklz nezávisí od krútiaceho momentu motora a je určený uhlovou rýchlosťou a parametrami IM. Pri pevných otáčkach sa celkové straty motora menia v pomere k elektromagnetickému krútiacemu momentu a účinnosť je konštantná. Magnetický tok sa výrazne zvyšuje so zvyšujúcim sa krútiacim momentom. Teda zanedbanie saturácie krvného tlaku podľa hlavného mag-

160" align="center">

A^dv.(P)-ALv. (R opt) AL.. (mrmlať) '

kde DRdV*((3opt) je minimálna hodnota celkových strát pri danom L/* a ko*.

teda

A-^dv* (Ropt) - D-^dv* (A/*, (O*, P).

Na základe miery, do akej sa ARMA blíži k nule, vzorec (3.61) umožňuje vyhodnotiť účinnosť rôznych zákonov riadenia frekvencie v porovnaní s optimálnym riadením na základe minimálnych celkových strát IM.

Ak sú oblasti zmeny záťažového momentu a otáčok dostatočne široké, potom grafy funkcie P(L/*,co), poskytujúce módy ich/j = const a |fj = const, majú spoločné body s grafom optimálna funkcia ropx(L/", co *) (obr. 3.28). Vo všeobecných bodoch sa zodpovedajúce odhady účinnosti rovnajú nule a pre sklzy, ktoré sa líšia od optimálnych hodnôt, presahujú minimálnu hodnotu, t.j. &Rav = 0 pri P = šelest; ARav > 0 pri p f šelestu.

V dôsledku toho funkcie ARdv(M*,co*) pre u(/co, = const, y, = const, J/0 = const A l|/2 = const majú jasne vyjadrené minimum. Pre P -» murpt odhad z ARdv -> 0.

Na obr. Obrázok 3.29 zobrazuje grafy závislosti odhadov účinnosti typu 4A132M6 IM od uhlovej rýchlosti pre rôzne zákony riadenia frekvencie: 1 - u/coj* = „1nom*/co1nom*; 2 - q/j* = y^om*;

Z - |/0* = Vohom*; 4 - |/2* =)/2nom*- Na obr. 3.29 je jasné, že keď sa M* a ko menia, odhady účinnosti sa menia v širokých medziach. Hodnoty ARDV(M*,co“) sa výrazne zvyšujú s poklesom M, a co, a tiež vtedy, keď L/* prekročí hodnotu krútiaceho momentu v nominálnom režime krvného tlaku.

Zároveň pre každý zákon o riadení frekvencie existujú oblasti zmeny v L/* a co*, v ktorých sú celkové straty IM rovné minimálnym možným alebo sa od nich mierne líšia. Tieto oblasti sú však obmedzené relatívne malým rozsahom zmien krútiaceho momentu a otáčok, čo naznačuje racionalitu aplikácie zákona optimálneho riadenia na minimalizáciu celkových strát motora. Napríklad výpočty režimov „!*/“!* = „1nom*/“1nom*; Vl* = VlNOM* ukazujú, že s 10% toleranciou nadmerných strát (ARDv<0,1) допустимый диапазон

zmena momentu pre co, = 0,1 je 0,25< М* < 0,66 при законе управления щ*/со,* = Иіном*/шіном* и "0,25 < А/, < 0,74 при законе Уі* = vj/]H0M*. Для скорости со, = соном, момент двигателя не должен превышать М„ = Мном*.

Riadiace režimy s konštantným prepojením hlavného toku a plným prepojením rotorového toku majú širší rozsah zmien krútiaceho momentu, ktorý spĺňa toleranciu pre nadmerné straty rotorového motora<0,1: при со* = 0,1 он составляет 0,35 < Л/* < 1,12, а для скорости со* = соном* момент ограничен условием 0,45 < Л/* < 1,45.

Podobne ako vo vzorci (3.61) sa zavedie odhad účinnosti zákona o riadení frekvencie na základe účinnosti fjflB(M*,co*), ktorej povaha zmeny odráža správanie sa funkcií DRv(L/*). ,co*).

Porovnanie rôznych zákonov frekvenčného riadenia motorov ukazuje výhodu zákona optimálneho riadenia a realizovateľnosť jeho implementácie v automatických riadiacich systémoch pre elektrické pohony v prípadoch, keď sa uhlové otáčky a krútiaci moment motora pohybujú v širokých medziach.

Optimalizácia prevádzkových režimov systému IF-IM na minimalizáciu celkových strát DREP. Pri nastavovaní tohto problému je zaujímavé študovať vplyv režimov motora na charakteristiky frekvenčného meniča a predovšetkým na stratu výkonu DDC.

Výsledky štúdií statických charakteristík motora ukazujú, že asynchrónny motor ako riadiaci objekt má extrémne charakteristiky podľa množstva konkrétnych kvalitatívnych kritérií. Patria sem extrémy prúdu statora / a činného výkonu Px motora, od ktorých závisia elektrické straty frekvenčného meniča. Aby sme vyriešili problém optimalizácie režimov systému IF-IM, aby sa minimalizovali straty, transformujeme výrazy (3.7) a (3.14), na čo slúžia namiesto väzby rotorového toku

|/ij, nahraďte q/2* = - M*. V dôsledku toho dostaneme nasledovné

závislosť prúdu statora a činného výkonu od M*, co* a P:

Na obr. 3.30 ukazuje grafy znázorňujúce extrémnu povahu funkcií /„(M,^) a LDM*, co*, (3), vypočítané pre rýchlosť co* = 1 a rôzne hodnoty pevného krútiaceho momentu (0,25< М* < 1,25, шаг по моменту АЛ/* = 0,25). Заметим, что экстре­мумы активной мощности по варьируемой переменной р совпадают с экстремумом функции полных потерь, так как при заданных значениях скорости и момента изменение активной мощности при варьировании скольжением связано только с изменением потерь в двигателе.

Extrémna povaha funkcií /]*(M*, p) a P^(Mt, až*, P) predurčuje prítomnosť extrému funkcie elektrickej straty jednosmerného frekvenčného meniča s autonómnym meničom napätia pri napájaní nekontrolovaný usmerňovač. Zapíšme si zložky elektrických strát meniča v relatívnych jednotkách, berúc do úvahy vzorce (2.53), (2.58) a (2.59), pričom za základ berieme hodnotu strát pri nominálnom prevádzkovom režime motora. Potom sa relatívne straty v usmerňovači a invertore frekvenčného meniča určia z nasledujúcich výrazov:

A^i. p* ~ (^в1 ^в2^1*) Р* (^р. вх ^р. ф) (3,64)

A^a. u* - (^cl1 ^cl2^1*)A* ^r. out*1* (^clZnom^I* ^cl4nom*1*)-^1*? (3,65)

a konštantné koeficienty majú tvar: kvХ = -^ =

A-^dv. nom

D-^r. YUS. Jr _ A-/r. vstup NOM. _A/^).f. nom. tr _ ^Рр. VÝCHOD nom. jr_

Р, 5 Р-ВХ - “ГБ ’ ^Р-Ф “ “Тр ’ Р-®ых - --Z, Ккл./ -

^-Gdv. nom ^^dv. nom ^*dv. motor č. nom

Cl"nom, kde i = 1,4 charakterizuje špecifickú hmotnosť zložiek

elektrické straty vo vzťahu k celkovým stratám motora pri nominálnom prevádzkovom režime.

Ako vyplýva zo vzorcov (3.64) a (3.65), straty v usmerňovači závisia od prúdu statora a straty v autonómnom invertore závisia od prúdu statora a činného výkonu motora. Prítomnosť extrémov prúdu statora /t* a činného výkonu Ri určuje extrémnosť jednotlivých zložiek elektrických strát usmerňovača D/>IL1„ meniča DRai* a celkových elektrických strát meniča D/pch. - ® najmä režim minimálnych strát IM zaisťuje minimálne elektrické straty v napájacom zdroji AIN.

Na obr. 3.31 ukazuje grafy ilustrujúce extrémnu povahu funkcie DRpch*(A/*,co*,p*). Extrémne charakteristiky elektrických strát jednosmerného frekvenčného meniča s autonómnym meničom napätia sa vypočítajú pomocou vzorcov (3.64) a (3.65) pre rýchlosť co* = 1 a rôzne hodnoty pevného krútiaceho momentu (0,25< М» < 1,25, шаг по моменту ДМ* = 0,25). В общем случае значения скольжения, доставляющие минимумы электрическим потерям ДРПч*>činný výkon P]* (straty motora D-Rdv*) a prúd statora /,. nezhodujú sa. Poznamenávame však, že režim minimálnych strát DRDV* je celkom blízko optimálnemu režimu pre minimálne straty motora DRDV* aj režimu minimálneho prúdu statora /i*. K podobnému záveru dospejeme analýzou správania koeficientu účinnosti T1ep.

Dôsledné riešenie problému optimalizácie režimov systému „frekvenčný menič - asynchrónny motor“ bez zohľadnenia obmedzení

kontrolné podmienky možno získať v nasledujúcej formulácii:

(-L/, O), P) > ^ Šumenie?

0р:(р|0<р<+оо}.

Optimálny sklz, ktorý poskytuje minimum stratovej funkcie ARep(M, co, P), je určený numerickými metódami. Vyššie uvažovaný algoritmus na nájdenie minima funkcie kvality DRdv(M, co, (3) na základe tangentovej metódy je relatívne jednoducho zovšeobecnený na prípad minimalizácie stratovej funkcie systému IF-AM.

Na obr. 3.32 sú znázornené charakteristiky optimálneho zákona riadenia a účinnosť systému IF-IM v režime DREP* -» min. Na obr. 3.32 a grafy optimálneho riadenia podľa minima A. REP*(M*, co*, P) kontrolný šelest = murpt(M„ co*) boli vypočítané pre množstvo pevných hodnôt uhlovej rýchlosti ( 0< со, < 1, шаг по ско­рости Дсо* = 0,25). Сравнивая их с графиками оптимального по ми­нимуму суммарных потерь АД управления, находим качественное их совпадение. Зависимости КПД системы ПЧ-АД от Л/* и со, (см. рис. 3.32, б) показывают эффективность режима оптимально­го по минимуму АРЭП*(М„ со*, Р) управления с энергетической точки зрения.

Analýza možností optimálneho riadenia frekvenčne riadeného indukčného motora podľa množstva ukazovateľov a uvedených všeobecných kvantitatívnych odhadov, charakterizujúcich rôzne zákony optimálneho riadenia, teda umožňuje rozumne vybrať a implementovať potrebný zákon riadenia v závislosti od na parametroch a prevádzkových režimoch motora.

Pre potvrdenie záveru v tabuľke. 3.2 sú uvedené straty pre motor typu 4A132M6 s Pnom = 7,5 kW pri rôznych zákonoch optimálneho riadenia pre niekoľko hodnôt otáčok motora.

Kvantitatívne hodnotenie ARNo pri optimálnych režimoch kontroly ukazuje ich praktickú zhodu. Teda prekročenie minimálnych možných strát v motore v regulačnom režime na základe minimálneho prúdu statora pri 0,2< Л/* < 1,2 и 0,25 < М* < 1,25 со­ставляет 8 %.

Článok predstavuje opatrenia na optimalizáciu prevádzkových režimov výkonových transformátorov s cieľom minimalizovať straty elektrickej energie. Je znázornený vplyv skutočného napätia a životnosti výkonových transformátorov na straty elektriny. Navrhuje sa určiť ekonomickú silu výkonových transformátorov s prihliadnutím na špecifikované faktory, ako aj s prihliadnutím na čas pripojenia transformátora k elektrickej sieti a tvar grafu zaťaženia.

Problémom optimalizácie riadenia napájacích systémov sa venuje veľká pozornosť od nástupu prvých automatizovaných konštrukčných systémov a automatizovaných riadiacich systémov na báze počítača. Súčasné softvérové ​​systémy umožňujú overiť reálnosť a optimálnosť konštrukčných riešení jednotlivých energetických zariadení, ako aj spoľahlivosť fungovania prevádzkovaného energetického systému ako celku pri riešení konkrétnych technologických problémov. Softvér sa používa aj na porovnávaciu analýzu rôznych stratégií návrhu, inštalácie, optimalizácie a prevádzky pri rozhodovaní na základe stavu a prevádzkových parametrov elektrickej siete.

Hlavnými prvkami elektrickej siete sú výkonové transformátory rozvodní a elektrických vedení. Tieto prvky v akomkoľvek analytickom alebo syntetickom softvérovom produkte sú reprezentované ich vlastnými matematickými modelmi. Z celého súboru modelov možno vo všeobecnosti rozlíšiť dva hlavné typy, ktoré sa používajú pri riešení problémov:

1) Všeobecne akceptovaný grafický model elektrického obvodu energetického systému (vrátane výkonových transformátorov a elektrických vedení);

2) Špecializované modely návrhových schém, ktoré popisujú schému elektrickej siete elektrizačnej sústavy na úrovni požiadaviek aplikovaných matematických metód a špecifických technologických problémov.

Úlohy zvyšovania energetickej účinnosti napájacích systémov rôznych zariadení si vyžadujú realizáciu opatrení, často súvisiacich s inžinierskymi výpočtami. Inžinierske výpočty v oblasti úspory energie sú procesom náročným na prácu. Ak vezmeme do úvahy zložitosť a vysoké náklady na vykonávanie takejto práce, potreba a užitočnosť opatrení na úsporu energie nie sú vždy zrejmé pre vedenie podnikov, organizácií a inštitúcií.

Väčšina prijatých rozhodnutí je prísne regulovaná zákonmi, usmerneniami a inými predpismi. To umožňuje automatizovať riešenia mnohých špecifických a zložitých problémov, vrátane problémov zvyšovania energetickej účinnosti prevádzkovaných výkonových transformátorov.

Na transformátorových staniciach sú spravidla inštalované dva výkonové transformátory. V závislosti od celkového zaťaženia rozvodne je výhodné počas hodín bez záťaže vypnúť jeden transformátor. Tento spôsob prevádzky by sa mal považovať za opatrenie na úsporu energie, pretože účinnosť transformátora zostávajúceho v prevádzke sa blíži k maximálnej hodnote.

Optimálne zaťaženie transformátora S OPT, zodpovedajúce maximálnej možnej účinnosti, možno nájsť pomocou vzorca:

kde S NOM je menovitý výkon transformátora, kV∙A; ΔP ХХ - straty naprázdno, kW; ΔP skrat - straty pri skrate, kW.

Pomer optimálneho zaťaženia transformátora a jeho menovitého výkonu je optimálny koeficient zaťaženia transformátora k Z:

Pri použití vzorcov (1) a (2) sa koeficient zaťaženia transformátorov ukazuje ako dosť nízky (v rozsahu 0,45÷0,55), keďže transformátory sa vyrábajú s pomerom strát naprázdno a nakrátko v rozsah 3,3÷5,0. V konštrukčnej praxi sa zvyčajne používajú maximálne hodnoty zaťaženia, ktoré sa používajú na určenie zaťaženia transformátorov. Faktor zaťaženia je výrazne nižší ako optimálna hodnota, takže výkonové transformátory, ktoré sú v súčasnosti v prevádzke, majú nízke zaťaženie a mnohé z nich pracujú v suboptimálnom režime.

Straty výkonu vo výkonovom transformátore sú určené vzorcom:

kde U je skutočné napätie na svorkách vinutia vyššieho napätia transformátora, kV; U NOM - menovité napätie vinutia vyššieho napätia, kV.

Straty elektrickej energie vo výkonovom transformátore závisia od času zapnutia transformátora, tvaru grafu elektrického zaťaženia a sú určené vzorcom:

kde T ROK je počet hodín prevádzky transformátora za rok, h; τ je čas najväčších strát, určený zo skutočného rozvrhu zaťaženia alebo cez referenčnú hodnotu počtu hodín používania maximálneho zaťaženia, h.

Minimálne straty energie v transformátore počas roka budú vtedy, ak sa straty energie naprázdno a energie nakrátko rovnajú. Zaťaženie transformátora, berúc do úvahy ukazovatele schémy elektrického zaťaženia T ROK, τ a zodpovedajúce minimálnym stratám elektriny, možno nájsť s prihliadnutím na (4) pri U=U NOM:

Porovnávacie výpočty boli vykonané pomocou vzorcov (1) a (5) s prihliadnutím na priemerné hodnoty trvania používania maximálneho zaťaženia v priemysle. Výpočty ukázali, že znižovacie transformátory vyžadujú vyššie zaťaženie, ako majú v praxi.

V niektorých prípadoch môže byť vhodné vypnúť časť transformátorov pracujúcich pri celkovom zaťažení S H. Určme ekonomicky výhodné zaťaženie S EK,Δ P počas prevádzky, v rámci ktorého sa dosiahne maximálne ziskové zaťaženie transformátorov. Pri zmene zaťaženia z nuly na S EK,Δ P je vhodné prevádzkovať jeden transformátor, pri zaťažení nad S EK,Δ P je ekonomicky výhodné prevádzkovať dva transformátory. Záťaž S EK,Δ P, pri ktorej je vhodné odpojiť jeden z transformátorov a vzhľadom na rovnaké výkonové straty pri prevádzke jedného a dvoch transformátorov, je určená vzorcom:

Zaťaženie S EK,Δ W , v dôsledku rovnosti strát elektrickej energie počas prevádzky jedného a dvoch transformátorov, sa navrhuje analogicky podľa (6) určiť s prihliadnutím na čas zapnutia transformátora a tvar grafu elektrického zaťaženia podľa vzorca:

Obrázok podľa rovníc (3) a (4) znázorňuje závislosti výkonových a elektrických strát vo výkonových transformátoroch dvojtransformátorovej rozvodne od výkonu záťaže na nízkonapäťových zberniciach S H.

Ryža. - Stanovenie ekonomickej sily transformátorov podľa kritérií

minimálne straty výkonu a elektriny: ΔP 1, ΔW 1 - straty výkonu a energie pri prevádzke jedného transformátora; ΔP 2, ΔW 2 - straty výkonu a energie pri prevádzke dvoch transformátorov.

Analýza závislostí ΔP(S Н) a ΔW(S Н) ukazuje posun ekonomického výkonu smerom k jeho zvýšeniu pri zohľadnení doby zapnutia transformátora a skutočného harmonogramu elektrických záťaží. Pri výpočte S EC,Δ W podľa (7) sa interval ekonomického výkonu zvyšuje. V tomto prípade sa prevádzkový čas rozvodne s jedným transformátorom zvyšuje s nerovnomerným rozvrhom zaťaženia. Úspory sa dosahujú vďaka absencii strát naprázdno odpojeného transformátora.

Vplyv skutočného napätia U na svorkách transformátora na straty výkonu a energie je vyjadrený vzorcami (3) a (4). Na zníženie strát je vhodné nastaviť režim transformátora, v ktorom napätie na vinutiach s vyšším napätím nepresiahne menovitú hodnotu. Významné zníženie napätia je tiež neprijateľné, pretože nemusí spĺňať požiadavky GOST na odchýlku napätia u spotrebiteľa. Pokles napätia v rozvodniach vedie aj k zvýšeniu strát elektriny v elektrických vedeniach.

Treba poznamenať, že v rámci životného cyklu výkonového transformátora sa pozorujú zmeny magnetických vlastností elektroocele a zvýšenie strát naprázdno ΔP XX. Pri výpočte strát elektriny v výkonových transformátoroch sa odporúča použiť skutočné hodnoty strát naprázdno získané meraním v prevádzkových podmienkach. Týka sa to predovšetkým skupín výkonových transformátorov, ktoré sú v dlhodobej prevádzke. Nedávne štúdie ukazujú, že pre výkonové transformátory so životnosťou viac ako dvadsať rokov by sa mali typové straty naprázdno ΔP XX.PASP počas výpočtov zvýšiť o 1,75 % za každý rok prevádzky počas 20 rokov:

kde TSL je životnosť transformátora v rokoch.

Potom, berúc do úvahy (2), (4), (5) a (8), optimálny faktor dlhodobého zaťaženia výkonového transformátora, ktorý je v prevádzke viac ako 20 rokov, by sa mal určiť podľa vzorca:

Je zrejmé, že odpojenie niektorých transformátorov z ekonomických dôvodov by nemalo ovplyvniť spoľahlivosť napájania spotrebiteľov. Na tento účel musia byť transformátory vyradené z prevádzky sprevádzané automatickými prenosovými zariadeniami. Je vhodné automatizovať operácie vypínania a zapínania transformátorov. Aby sa znížil počet prevádzkových spínaní, frekvencia ukladania transformátorov do rezervy by nemala presiahnuť 2-3 krát denne. Okrem toho by zaťaženie transformátorov, určené podľa vzorcov (7) a (9), nemalo prekročiť prípustné hodnoty. Na základe vzťahu medzi ukazovateľmi účinnosti a spoľahlivosti sú prístupy diskutované v tomto článku veľmi relevantné pre rozvodne so sezónnymi výkyvmi zaťaženia.

Ustanovenia uvedené v tomto článku na optimalizáciu prevádzkových režimov transformátorov sú implementované vo forme softvéru. Webová služba „Online Electric“ umožňuje manažérom podnikov a inštitúcií rýchlo vyhodnotiť technické a ekonomické ukazovatele opatrení na zlepšenie energetickej účinnosti transformátorových zariadení a zistiť ich realizovateľnosť a energetickým audítorom kvalitatívne doplniť a zdôvodniť energetické pasy budov a štruktúry v krátkom čase.

Implementácia opatrení na úsporu energie na transformátorových zariadeniach s využitím online elektrických zdrojov má množstvo výhod v porovnaní s klasickým riešením takýchto problémov „ručne“ alebo pomocou softvéru nainštalovaného na osobných počítačoch, a to:

1) nie je potrebné kupovať a inštalovať aplikačné programy do počítača;

2) je možné pripojiť sa k systému odkiaľkoľvek na planéte;

3) používateľ nemusí sledovať a neustále aktualizovať verzie softvéru;

4) správy poskytujúce použité vzorce vám umožňujú overiť spoľahlivosť výpočtov.

Zoznam použitých zdrojov

1. Kireeva, E.A. Kompletná referenčná kniha o elektrických zariadeniach a elektrotechnike (s príkladmi výpočtov): referenčná publikácia / E.A. Kireeva, S.N. Sherstnev; upravil S.N. Sherstneva.- 2. vyd., tlač.- M.-: Knorus, 2013.- 864 s.

2. Príručka pre projektovanie elektrických sietí / vyd. D. L. Faibisovič. - 4. vydanie, prepracované. a dodatočné - M.: ENAS, 2012. - 376 s. : chorý.

3. GOST 14209-97. Sprievodca zaťažením výkonových olejových transformátorov.- Úvod. 01.01.2002 - Minsk, 1998.

4. Korotkov, A.V. Metódy hodnotenia a prognózovania energetickej účinnosti elektrických komplexov mestských distribučných sietí [Elektronický zdroj]: abstrakt. dis. ...sladkosti. tech. Vedy: 05.09.03 / Korotkov A.V.; Štátna polytechnická univerzita v Petrohrade. - Elektrón. textové údaje (1 súbor: 283 KB). - Petrohrad, 2013. - Cap. s titulom. obrazovke. - Elektronická verzia tlačenej publikácie. - Voľný prístup z internetu (čítanie, tlač, kopírovanie). - Textový súbor. - Adobe Acrobat Reader 7.0. - .

5. Online Electric: Interaktívne výpočty systémov napájania. - 2008 [Elektronický zdroj]. Prístup pre registrovaných užívateľov. Dátum aktualizácie: 02.08.2015. - URL: http://www.online-electric.ru (dátum prístupu: 02/08/2015).

Problém optimalizácie režimov energetického systému bol plne stanovený a rozvinutý za posledných 30 rokov, hoci prvé teoretické štúdie v tejto oblasti začali v Sovietskom zväze oveľa skôr. Už vtedy boli stanovené princípy optimálnej distribúcie činného výkonu medzi blokmi na staniciach a stanicami v sústave na základe porovnania konkrétnych nárastov ekvivalentnej spotreby paliva. Boli stanovené kritériá optimálnej distribúcie činného výkonu v energetických sústavách s prihliadnutím na vplyv strát činného výkonu v sieťach a pri obmedzených energetických zdrojoch.

Už vo fáze, keď sa pri optimalizácii režimu uznala potreba brať do úvahy straty činného výkonu v sieťach, sa ukázala nemožnosť nielen prevádzkovej optimalizácie, ale aj predbežných výpočtov optimálneho režimu energetických systémov bez použitia výpočtovej techniky. . V tomto smere sa veľká pozornosť venovala špecializovaným analógovým výpočtovým zariadeniam, ktoré však boli nahradené univerzálnymi digitálnymi počítačmi.

V súčasnosti sa pre rôzne problémy optimalizácie režimu nazbierali určité skúsenosti s vývojom a porovnávaním metód, ako aj praktických výpočtov v systémoch elektrickej energie. Najčastejšie riešené problémy sú optimalizácia režimu aktívnych energetických sústav a režimu elektrickej siete, t.j. optimalizácia pre napätie, jalový výkon a transformačné pomery (U, Q a Kt), ako aj všeobecnejší problém komplexnej optimalizácie režimu elektrizačných sústav. Tieto problémy sa riešia rýchlo a automaticky, t.j. v tempe procesu, riadenie režimov elektrických energetických systémov a sietí.

Nahromadené skúsenosti s riešením problémov režimovej optimalizácie na počítači ukazujú, že pre tieto problémy je najúčinnejšie použitie metódy redukovaného gradientu pri výpočte ustáleného stavu Newtonovou metódou.

Problémy s optimalizáciou režimu

Optimálnym riadením normálnych režimov v energetickej sústave je zabezpečiť v uvažovanom časovom období spoľahlivé napájanie spotrebiteľa elektrickou energiou požadovanej kvality (t.j. s požadovanými obmedzeniami) pri čo najnižších prevádzkových nákladoch. v systéme.

Výnimočnú zložitosť ovládania optimálneho režimu určuje nielen extrémne veľký počet ovládaných prvkov, ale aj to, že rôzne nastaviteľné a prispôsobiteľné parametre musia byť pri prevádzke systému na veľkej ploche udržiavané optimálne.

Optimalizáciu režimu elektrizačných sústav vykonávajú všetci inžinieri spojené s výpočtami a praktickou realizáciou fungovania elektrizačnej sústavy. Robia to projektanti, pracovníci servisu, dispečeri elektrizačnej sústavy, prevádzkový technický personál elektrární a energetických sietí.

Úlohou komplexnej optimalizácie režimu je určiť optimálne hodnoty všetkých parametrov režimu pri zohľadnení technických obmedzení. Toto je problém nelineárneho programovania s obmedzeniami vo forme rovníc v ustálenom stave a nelineárnych nerovností. Premenné v tomto type problému sú spojité.

Pri optimalizácii komplexného režimu sa stanovujú optimálne hodnoty aktívnych a jalových výkonov generujúcich zdrojov, napäťových modulov a fáz v uzloch, transformačné pomery, berúc do úvahy technické obmedzenia hodnôt modulov napätia uzlov, uhly fázového posunu v uzloch. diaľkové prenosy, prúdy a toky energie vo vedení, generátory P a Q atď.

Optimálny režim musí byť prijateľný, t.j. spĺňajú podmienky spoľahlivosti napájania a kvality elektriny a navyše sú najhospodárnejšie spomedzi prípustných režimov. Podmienky spoľahlivosti napájania a kvality napájania pri výpočte prípustných režimov zohľadňujú obmedzenia vo forme rovnosti a nerovností na kontrolovaných parametroch režimu. Najhospodárnejší režim je jeden z prípustných, ktorý zabezpečuje minimálnu celkovú spotrebu ekvivalentného paliva (alebo nákladov) pri danom zaťažení spotrebiteľa v každom časovom okamihu, t.j. za danú užitočnú dodávku elektriny.