Энергетическая оптимизация режимов работы электроприводов насосной станции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Ключникова, Галина Александровна

• Ключникова, Галина Александровна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ключникова, Галина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

1. Построение энергетической модели электроприводной насосной станции.

1.1. Общие положения.

1.2. Описание технологического объекта.

1.3. Формирование модели гидравлической системы на основе электрических аналогий.

1.4. Регулирование производительности насосных агрегатов изменением скорости вращения.'.

1.5. Особенности параллельной работы насосных агрегатов.

1.6. Энергетические диаграммы обьек*т'фтгулирования.

1.7. Методика построения энергеп^йсётсбй модели насосной станции.

1.8. Выводы.

2. Построение динамической модели объекта в нестационарном режиме.

2.1. Общие положения. Формирование модели гидравлической системы на основе уравнения Лагранжа.

2.2. Построение модели объекта для нестационарного режима.

2.3. Методика построения динамической модели объекта регулирования.

2.4. Анализ основных нестационарных процессов.

2.4.1. Анализ процессов при нерегулируемом электроприводе насосных агрегатов.

2.3.2. Анализ процессов в случае регулируемого электропривода насосных агрегатов.

2.3.3. Автоматическая система регулирования напора.

2.4. Выводы.".

3. Энергетическая оптимизация режимов работы электроприводов насосных агрегатов.

3.1. Определение задачи оптимизации.

3.2. Обзор методов оптимизации.

3.3. Математическая формулировка задачи однокритериального выбора.

3.4. Построение модели энергетической оптимизации режимов работы электроприводов насосных агрегатов.

3.5. Методика энергетической оптимизации с использованием компьютерной модели.

3.6. Выводы.

4. Практическое использование энергетических моделей (на примере насосной станции ТЭЦ-26).

4.1. Моделирование энергетических режимов работы электроприводов насосных агрегатов.

4.2. Моделирование режимов работы электро-механо-гидравлической системы насосной станции в нестационарных режимах.

4.3. Оптимизация энергетических режимов работы насосной станции.

4.4. Анализ энергетических режимов работы электроприводной системы насосной станции.

4.5. Энергетическая оптимизация технологических режимов.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергетическая оптимизация режимов работы электроприводов насосной станции»

Теплоснабжение жилых кварталов муниципальных и промышленных объектов в крупных российских городах производится, как правило, централизованными магистральными закрытыми системами. Циркуляция воды в системе осуществляется сетевыми насосными станциями, основными элементами которых являются энергетические центробежные насосы. Насосы, устанавливаемые на станциях, являются крупнейшими потребителями электроэнергии. Они имеют значительную единичную мощность от 1 Мет до 3 Мет. Общая установленная мощность насосов на станциях достигает 70 и более Мет, что определяет потребление электроэнергии за год сотни миллионов кВтчас. Как будет показано далее, только часть этой энергии является полезно используемой.

Задача рационального расходования электроэнергии в настоящее время весьма актуальна с экономической и технической точек зрения. Данная работа направлена на изучение возможных путей сбережения электрической энергии в системах теплоснабжения городов путем эффективного регулирования режимов работы электроприводов насосных агрегатов.

Совершенствование систем управления электроприводами все в большей мере связано с воздействием электропривода на качество технологического процесса. В данной работе из понятия качества выделяется одна его составляющая - энергоемкость технологического процесса. Энергоемкость определяется эффективностью использования электрической энергии, потребляемой электроприводом (или группой электроприводов). Задача, которая ставится в работе состоит в том, чтобы определить как управлять (регулировать) электроприводами, чтобы данный технологический процесс при заданных его параметрах осуществлялся с наименьшими затратами электрической энергии.

Такая постановка задачи требует изучения энергетических характеристик всего технологического процесса и учета этих характеристик при описании объекта регулирования электропривода.

Практически данная задача рассматривается как разработка методик построения компьютерных энергетических моделей [44] объекта, которая позволяет определять величину потребляемой электрической энергии и ее потери во всех элементах электро-механо-технологической системы при различных режимах ее работы. Такая модель позволяет провести анализ эффективности использования электроэнергии, определить пути сокращения ее расхода, в том числе на основе совершенствования электропривода и алгоритмов его управления. Данная модель может также включаться в систему регулирования для энергетической оптимизации всего технологического процесса.

Эффективность потребления энергии на насосных станциях ТЭЦ крайне низкая, что обусловлено рядом причин. Первая из них - это несогласованность напорно-расходных характеристик (^-//-характеристик) насосов и сети. Гидравлические параметры, задаваемые теплосетью, ниже, чем те, которые может обеспечить насос при работе в оптимальном режиме. Отсюда вытекает то, что насосные агрегаты работают всегда в зарегулированном режиме с низким кпд.

Вторая причина связана с использованием неэкономичных способов регулирования производительности насосов, среди которых получили наибольшее распространение, из-за простоты исполнения, дросселирование и регулирование перепуском с нагнетания на всас. Оба эти способа связаны с потерями энергии, в первом случае - с потерей напора на дросселирующей задвижке, находящейся на напорном трубопроводе насоса, а во втором случае, с потерями энергии в контуре рециркуляции, т.к. насос перекачивает большее количество жидкости, чем необходимо для подачи в сеть.

Так как один насос не может обеспечить необходимые параметры по расходу и напору, то в основе гидравлических схем ТЭЦ лежит совместная работа насосов. Для поднятия напора насосы соединяются последовательно, а для увеличения расхода - параллельно.

Третья причина кроется в несогласованности ^-//-характеристик самих насосов, особенно при параллельной работе. Вследствие того, что разность коллекторных напоров на выходе и входе параллельно работающих насосов должна быть одинаковой, необходимо одним из методов регулирования совместить характеристики насосов. Иначе насос, имеющий большее значение по напору может "задавить" насос, работающий в параллель.

Необходимость в регулировании расхода и напора, кроме того, определяется следующими обстоятельствами: первое и основное связано с изменением параметров сети, подключением или отключением потребителей, что влияет на сопротивление сети, требуемый напор и расход теплоносителя; второе - сезонными изменениями параметров, определяемыми одним из периодов: отопительным зимним или весенне-летним. Второй период характеризуется меньшим напором и почти вдвое меньшим расходом (только на горячее водоснабжение); третье - незначительными суточными изменениями параметров, связанными с уменьшением отбора горячей воды в ночное время суток; четвертое вытекает из первых трех обстоятельств, когда с изменением напора или расхода необходимо изменить схему подключения теплотехнического оборудования (пароводяных подогревателей и пиковых водогрейных котлов) для изменения температурного режима станций, а также схему и количество сетевых насосов. В результате данной перекомпоновки оборудования изменяется сопротивление сети в пределах самой насосной станции.

И пятое заключительное обстоятельство объясняется наложением на технологический процесс определенных условий, необходимость соблюдения которых диктуется мерами безопасности и надежности работы всего оборудования станции.

Одним из мероприятий, направленных на повышение эффективности использования электроэнергии в системах теплоснабжения, является применение в качестве способа регулирования производительности насосов изменения их скорости вращения. Основные преимущества [23] от применения регулируемого электропривода на многоагрегатной насосной установке, состоят в следующем: во-первых, за счет исключения дросселирования или рециркуляции достигается значительная экономия электроэнергии - фактор достаточно важный, но не всегда решающий, в связи с большими капитальными затратами на установку регулируемого электропривода; во-вторых, вследствие независимого регулирования каждого из последовательно и параллельно включенных насосов становится возможным выбрать режим работы каждого из них с оптимальным кпд; в-третьих, поддержание давления на выходном коллекторе станции или в заданной точке сети осуществляется с высокой статической точностью, что позволяет уменьшить утечки воды в трубопроводах и тем самым снизить потребление электроэнергии насосной станцией; в-четвертых, силовые преобразователи могут быть использованы для поочередного плавного пуска или останова каждого из электроприводов группы насосов в заданной последовательности; пятое, несмотря на длительный режим работы насосов, даже при редких пусках и остановках, это позволяет устранять броски давления и гидроудары; шестое, уменьшается износ оборудования, увеличивается их ресурс; седьмое, уменьшается уровень шума и вибрации насосов; восьмое, работа насосной станции становится более надежной, так как регулируемый электропривод позволяет быстро и оперативно реагировать на любое изменение ситуации (режимное, схемное и т.п.), избежать манипуляций задвижками, конструктивно не пригодными для оперативного регулирования, которые часто выходят из строя. Это позволяет сэкономить средства, идущие на их ремонт или замену (эксплуатационные затраты).

Предметом диссертационного исследования является энергетическая оптимизация системы электропривод - насос - гидравлическая сеть, основанная на методе энергетического баланса, который заключается в следующем: проводится анализ того, сколько энергии потребил электропривод, в соответствии с этим, сколько "гидравлической энергии" произвел насос и на что последняя энергия потратилась. Рассмотрение каждой из этих систем в отдельности не дает возможности проследить всю цепочку энергораспределения по системе в целом. Поэтому при дальнейшем рассмотрении под кпд электрогидравлической системы будет подразумеваться отношение полезной энергии необходимой для создания в потребительской сети требуемых гидравлических параметров к общему количеству потребляемой энергии. Целью энергетической оптимизации является определение таких режимов работы насосной станции, которым будет соответствовать минимум потерь энергии.

Определить, является ли режим оптимальным на реальной гидравлической системе, весьма затруднительно. В то же время при всех используемых способах регулирования и оборудовании всегда можно найти такое соотношение параметров, при которых можно сократить расход электроэнергии. Так, например, более глубокое регулирование перепуском на насосах меньшей мощности более энергетически выгодно. Но к гидравлической части системы предъявляются довольно жесткие требования, и отклонения от задаваемых параметров недопустимы. Поэтому открытие или закрытие задвижек в том или другом месте схемы невозможно без риска нарушения режима, а также и несоблюдения технологических ограничений. Однако, имея компьютерную математическую модель электрогидравлической системы, которая дает возможность на модели манипулировать режимами работы насосной станции, можно проанализировать и выбрать наилучший из них и лишь затем переносить на реальную систему.

Моделью называют искусственно создаваемый объект, который в той или иной степени отражает реально существующий объект. , При моделировании физические процессы, протекающие в системе, описываются математическими уравнениями и условиями.

Компьютерная модель [61, 65] имеет значительные преимущества особенно при исследовании или изменении системы. Среди них выделяются следующие: позволяет задавать различные гидравлические параметры, диктуемые теплосетью, в зависимости от состава и количества потребителей; проводить учет сезонных, связанных с временем года (отопительным периодом), и суточных, связанных с уменьшением отбора теплоносителя в ночное время дня, изменений напорно-расходных параметров; модель дает возможность изменить схему и состав водоподогревающего оборудования (пароводяные подогреватели и водогрейные котлы), соответствующие изменению температурного режима насосной станции; изменять производительность насосной станции, определяя схему соединения и состав насосных агрегатов; позволяет варьировать степень регулирования производительности насосной станции, а при сложной многоуровневой системе, определять соотношение степеней регулирования на каждом уровне; наличие различных методов регулирования дает возможность на модели оценить и проанализировать эффективность каждого из них, что особенно ценно при проектировании объектов теплоснабжения; наглядность результатов моделирование; простота в использовании модели; точность расчетов на модели позволяет избежать нарушения технологического процесса; использование компьютерных математических моделей экономически оправдано даже без коренного усовершенствования существующей электрогидравлической схемы (к примеру, замены нерегулируемых электроприводов на регулируемые).

Для того чтобы оценить только распределение потоков энергий в системе, достаточно иметь статическую модель [43], описывающую стационарные процессы. Если же необходимо увидеть поведение системы в переходных процессах, связанных с пуском или остановом насоса, изменениями сопротивлений в сети и другими возмущениями, то необходима модель, отражающая динамические процессы в объекте. Эта модель позволяет увидеть те кратковременные динамические гидроудары, которые из-за нечувствительности измерительных приборов (манометров) не фиксируются, и не могут быть явно увиденными обслуживающим персоналом станции. Динамическая модель [75] может быть использована, в качестве математического аналога гидродинамического объекта, для построения системы управления, позволяющей избежать появления неблагоприятных нестационарных процессов в гидравлической системе, а также она будет весьма полезна для обучения работающих, особенно машинистов блока, осуществляющих подключение оборудования и изменение гидравлических схем. Модель позволяет увидеть состояние системы в стандартных и аварийных ситуациях, что дает возможность правильно оценить и быстро среагировать на сложившиеся реально обстоятельства.

Гидравлические удары [20] оказывают негативное влияние на запорно-регулирующую арматуру, теплотехническое оборудование, насосные агрегаты. Правильная организация процессов, влекущих за собой подобные явления, позволит повысить надежность работы насосной станции, увеличить срок службы оборудования, прогнозировать появление тех или иных последствий проведения мероприятий.

Характерными особенностями [79] электро-механо-гидравлической системы, которые необходимо учитывать при построении систем управления, являются следующие:

- гидравлический поток запасает значительную величину кинетической энергии;

- гидравлическую систему нельзя рассматривать как абсолютно жесткую, даже если жидкость принять как несжимаемую среду, то задвижки, уплотнения и сами трубы имеют определенную степень упругости, изменяющей объем потока;

- вследствие большой инерционности масс жидкости невозможно мгновенно изменить расход теплоносителя во всех точках трубопровода; такой параметр как напор имеет мгновенный характер распространения (со скоростью звука в воде).

Так как система разнородна, т.е. рассмотрение регулирования агрегата двигатель-насос без учета характеристик системы в целом не дает возможности оценить степень взаимного влияния электромеханической части системы, представленной агрегатами двигатель-насос, на гидравлическую часть, в виде трубопроводного потока жидкости, то для ее описания целесообразно использовать единый методический подход. Этот подход основан на аналогии между гидравлической и электрической цепями: ток - расход, напряжение - напор, электрическое сопротивление гидравлическое сопротивление. Законы, описывающие электрическую цепь, аналогичны законам гидравлических цепей: законы Кирхгофа, закон Ома -закону Дарси. Переходные процессы в динамической модели могут быть описаны уравнением Эйлера-Лагранжа второго рода.

Целью работы является разработка и создание методик оценки рационального использования электрической энергии на насосных станциях и обоснование применения регулируемого электропривода насосных агрегатов, рекомендаций по повышению энергетической эффективности и надежности работы оборудования насосной станции.

На основании вышесказанного выделяются два основных наиболее перспективных пути энергосбережения в системах теплоснабжения: использование регулируемого электропривода и оптимизация режимов работы насосных агрегатов на основе компьютерной математической модели. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка методики формирования энергетической модели объекта -электроприводной насосной станции - в стационарном режиме на основании аналогии электрических и гидравлических цепей;

- проведение анализа энергетических характеристик насосных станций с целью выявления наиболее выгодного режима работы с точки зрения минимума затрат энергии;

- разработка методики оценки эффективности использования регулируемого электропривода для многоагрегатных насосных станций;

- разработка методики моделирования поведения объекта в неустановившихся режимах с определением оптимальных режимов пуска и останова насосных агрегатов, а также процессов открытия или закрытия регулирующих задвижек при наименьших динамических нагрузках на насосы и трубопроводную систему;

- разработка методики энергетической оптимизации режимов электро-механо-гидравлической системы насосной станции по критерию экономии электрической энергий и надежности системы, на основе методов планирования эксперимента.

Методы исследования: имитационное моделирование электро-механо-гидравлической системы, метод описания гидравлических процессов на основе аналогии с электрическими цепями, метод планирования эксперимента, экспериментальный метод.

Научная новизна работы определяется следующими положениями.

1. Разработана методика анализа энергетической эффективности режимов работы электроприводов насосной станции. Основу методики составляют математические (компьютерные) модели исследуемого объекта, которые позволяют провести анализ энергопотребления электроприводной насосной станции, распределения энергетических потоков, выявить полезную составляющую расхода электроэнергии и составляющие потерь. Модели охватывают не только электрическую, но также и механические и гидравлические составляющие элементы объекта.

2. Предложенная методика позволит составлять энергетический баланс, в котором расход электроэнергии соотносится с достигаемым технологическим результатом.

3. В основу моделей электроприводной многоагрегатной насосной станции положено математическое описание электромеханических и гидравлических процессов, причем последние описываются в электрических аналогиях, что обеспечивает единство используемого аппарата.

4. Разработана методика построения электро-механо-гидравлической модели объекта для анализа нестационарных режимов работы.

Практическая значимость:

1. Разработана методика построения энергетической модели гидравлической системы в стационарном режиме, позволяющей адекватно оценить энергораспределение ее потоков, как для существующей гидравлической схемы, так и для схемы, использующей регулируемые электроприводы.

2. Модели объекта могут использоваться для анализа режимов, выбора наименее энергоемких из них и наиболее благоприятных по динамическим нагрузкам.

3. Разработан алгоритм поиска оптимальных параметров электрогидравлической системы с целью достижения минимума затрат электроэнергии.

4. Разработана методика построения динамической электро-механо-гидравлической модели объекта, даны рекомендации по оказанию воздействий на управляющие элементы системы, позволяющих существенно понизить динамические нагрузки и повысить надежность работающего оборудования насосной станции.

На защиту представляется:

1. Энергетические модели электроприводной многоагрегатной насосной станции, основанные на электрической аналогии представления механических и гидравлических параметров.

2. Математические модели нестационарных процессов в электро-механо-гидравлической системы насосной станции, основой описания которых служит уравнение Эйлера-Лагранжа второго рода.

3. Результаты проведения и анализа вычислительных экспериментов, направленных на выявление соотношения управляющих факторов, способствующих снижению потребляемой энергетическим оборудованием насосной станции электрической энергии, а также факторов, обеспечивающих повышение надежности работы технологического оборудования.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Ключникова, Галина Александровна

4.6. Выводы по главе

Результаты, полученные в этой главе и разделе 2.3 второй главы, позволяют сделать следующие выводы:

1. На примере насосной станции ТЭЦ-26 показано, что разработанные методики построения моделей являются прикладными для любой из подобных систем.

142

2. Установлено, что результаты моделирования с погрешностью менее 10% совпадают с результатами экспериментальных исследований, что лишний раз доказывает адекватность и достоверность моделей.

3. Подтверждены выводы, которые сформулированы по каждой из глав данной работы.

4. Все вышесказанное доказывает преимущества применения разработанных методик построения моделей и их компьютерных реализаций для технологических объектов, и для насосной станции в частности.

5. Результаты моделирования являются обоснованием применения регулируемых электроприводов насосных агрегатов, что позволит повысить энергетическую эффективность и надежность работы оборудования многоагрегатной насосной станции.

Заключение

В рамках данной работы и в соответствии с поставленной целью были разработаны и программно реализованы методики создания энергетической модели объекта, моделирования поведения объекта в неустановившихся режимах, оценки рационального использования электрической энергии на теплофикационной насосной станции.

Эффективность использования электрической энергии - есть соотношение между достигаемым полезным эффектом в данном конкретном технологическом процессе и затрачиваемой на его достижение расходом энергии.

Использование неопшмальных и неэкономичных с энергетической точки зрения способов регулирования и управления технологическим процессом является, как правило, главным фактором перерасхода электроэнергии. Как показали результаты энергетического моделирования режимов работы насосной станции ТЭЦ, наиболее весомое сокращение непроизводительных затрат связано с применением регулируемого электропривода насосных агрегатов взамен традиционно используемого нерегулируемого. В вопросе снижения затрат электроэнергии использование регулируемых электроприводов, особенно в энергоемких установках, является наиболее приоритетным решением. Однако не следует ограничиваться только рассмотрением вопроса расширения парка регулируемых электроприводов в связи с тем, что на большинстве насосных станций продолжается эксплуатация технологических схем, не использующих регулируемые электроприводы, препятствием чему служит то, что подобная модернизация требует значительных капитальных затрат. Пути снижения энергетических затрат существуют и в данном случае. Для осуществления данного процесса необходимо знать, как надо регулировать технологический процесс, т.е. вопрос, заключается в формировании энергосберегающего алгоритма управления механизмами насосной станции. Это же обстоятельство относится и к системам автоматического управления процессом, включающим также системы регулирования электроприводов.

Разработанная система энергетического анализа позволяет

- знать, на что расходуется энергия,

- знать, сколько должно расходоваться электроэнергии для создания и поддержания требуемых гидравлических параметров, определить технические и организационные мероприятия, направленные на то, чтобы приблизить реальный расход к объективно необходимому,

- определить энергетическую эффективность, вследствие выполнения того или иного технического решения,

- использовать данные анализа для выбора наименее энергоемкого управления технологическим процессом.

Вопросу надежности гидротехнического оборудования насосной станции уделяется большое внимание. Это обусловлено тем, что переносимые по гидравлической сети массы теплоносителя обладают значительным запасом энергии. Технические мероприятия, призванные оказать воздействие на этот энергетический поток, вызывают динамические колебания его параметров от незначительных, вследствие изменения пропускной способности запорной регулирующей арматуры, до значений, приводящих к разрыву трубопроводов, выводу из рабочего состояния гидротехнических конструкций, имеющих место быть в аварийных ситуациях.

Подобные явления, конечно, не являются тайной для персонала, работающего на станции. Однако однозначно оценить, какие же могут быть применены меры, способствующие снижению, а в лучшем случае, предотвращению нежелательных явлений, не всегда возможно.

Наличие программного продукта, демонстрирующего изменение параметров технологического процесса в различных режимах, определяемых алгоритмом управления механизмами, позволяет анализировать ситуации. В результате чего может быть определен порядок действий для каждого конкретного случая.

Результаты моделирования режимов работы насосной станции показывают явные преимущества регулируемого электропривода насосных агрегатов с точки зрения снижения или исключения динамических нагрузок в элементах гидравлической системы. В модернизированной технологической схеме колебания напора (гидравлический удар) весьма незначительны даже в аварийных ситуациях, так, например, в случае резкого увеличения гидравлического сопротивления в потребительской сети при одновременном снижением скорости электроприводов насосных агрегатов гидравлический удар не наблюдается, в отличие от прямо противоположного процесса, протекающего в традиционной технологической схеме.

Управление динамическими процессами в системе с нерегулируемыми электроприводами насосов возможно только за счет интенсивности изменения гидравлических сопротивлений регулирующей арматуры: чем выше интенсивность, тем большим динамическим нагрузкам подвержена гидравлическая система. Однако для того, чтобы была возможность изменять интенсивность, регулирующая арматура должна быть оснащена регулируемым электроприводом исполнительного механизма.

Использование модели объекта регулирования в неустановившихся режимах позволит:

- анализировать процессы, протекающие в системе,

- определять источники возмущения гидравлических ударов, их величину,

- определять технические мероприятия, направленные на снижение динамических нагрузок, оценивать эффективность мероприятий, стабилизирующих динамические процессы в системе,

- прогнозировать поведение системы на различные внешние воздействия,

- проводить обучение персонала станции.

Любая система, будь то традиционная, либо модернизированная с использованием регулируемых электроприводов, насосной станции содержит так называемые "скрытые" резервы по сокращению энергопотребления механизмами станции. Это объясняется тем, что основные потребителями электроэнергии являются насосные агрегаты, обладающих различными характеристиками, как по производительности, так и по потребляемой мощности. Вследствие того, что управление технологическим процессом осуществляется посредством воздействия именно на насосы, то, возможно, такое их сочетание, при котором суммарная потребляемая мощность достигает своего минимального значения.

Эту задачу и призвана решить энергетическая оптимизация технологического процесса в целом, и насосных агрегатов в частности. При проведении процедуры оптимизации критерий достижения минимума энергетических затрат является несомненно главной задачей, однако следует помнить о том, что работа всех механизмов насосной станции направлена на выполнение и соблюдение технологического процесса, без которого данная задача теряет смысл. Поэтому согласно методики оптимизации и произошло деление этого процесса на два этапа: технологический, целью которого являлось отыскание такого схемного решения (состав оборудования насосной станции), позволяющего обеспечить заданные гидравлические параметры и соблюсти технологические ограничения, и, собственно энергетическая оптимизация, определяющая такие параметры управляющих переменных технологической схемы, которые привели бы к снижению потребляемой электроэнергии, а тем самым и непроизводительных затрат.

Любой режим работы насосной станции имеет подобные "резервы", хотя не все из них являются значительными.

Совокупность методик создания моделей, а тем более их компьютерная реализация будет являться большим подспорьем в организации производственного процесса на станции, что позволит

- осуществлять главную цель, поставленную в работе, снижение затрат электрической энергии,

- повысить надежность технологического процесса, снизить риск выхода из строя гидротехнического оборудования насосной станции,

- оценить результаты предполагаемых модернизаций и реконструкций,

- прогнозировать процессы, протекающие в системе.

В результате проведения исследования была решена задача, имеющая существенное значение для обеспечения надежной и эффективной работы электро-механо гидравлической модели системы теплоснабжения. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработаны математический аппарат, описывающий работу закрытой системы теплоснабжения в установившихся режимах, и методика построения энергетической модели, позволяющая отразить распределение энергетических потоков во всей системе.

2. На основании проведенных вычислительных экспериментов выполнен анализ энергетических режимов работы насосной станции, на основании которого предложены рекомендации, направленные на снижение непроизводительных затрат электроэнергии, главным из которых является использование регулируемого электропривода, как способа регулирования и управления системой теплоснабжения.

3. Разработаны концепции математического моделирования режимов работы насосной станции в неустановившихся режимах, с использованием уравнения Лагранжа второго рода.

148

4. Разработана методика построения модели электро-механо-гидравлической системы насосной станции.

5. Проведен анализ влияния различных факторов на надежность системы теплоснабжения, предложены рекомендации по снижению динамических нагрузок, возникающих в результате изменений технологической схемы и, что особенно важно, в аварийных ситуациях.

6. Определен метод оптимизации, представляющий комбинацию метода планирования эксперимента, принципа решения однокритериальной задачи в сочетании с математической моделью, сущность которого сводится к отысканию таких параметров управляющих величин, чтобы затраты электрической энергии были минимальны.

7. Проведена экспериментальная проверка предложенных методик моделирования системы теплоснабжения и оптимизации управления этими сетями в условиях ТЭЦ-26 г.Москвы. Результаты исследования подтверждают адекватность разработанных моделей с точностью 7-10%.

8. Показано, что экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода насосных агрегатов для типовой технологической схемы блока насосной станции установленной мощностью 9 МВт составит 12 млн. кВтч в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ключникова, Галина Александровна, 2000 год

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при выборе оптимальных решений. М.; Наука, 1976. С. 279.

2. Аршеневский H.H. Переходные гидромеханические процессы в напорных водоводах и агрегатах ГЭС, ГАЭС и крупных насосных станций. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук (05.14.10)/ МИСИ им. Куйбышева. М.: 1987. С. 40.

3. Аршеневский H.H., Поспелов Б.Б. Переходные процессы крупных насосных станций. М.: Энергия, 1980. С.111.

4. Балышев O.A., Каганович Б.М., Меренков А.П. Трубопроводные системы тепло- и водоснабжения как динамические модели гидравлических цепей. //Известия Академии Наук. М.: Энергетика, 1996. - №2. - С. 96-104.

5. Балышев O.A., Баринова С.Ю. Нестационарные модели гидравлических систем с сосредоточенными параметрами. //Препринт №1. Иркутск: СЭИ СО РАН,- 1995.- С. 85.

6. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982. С. 423.

7. Беллман Р., Энджел Э. Динамическое программирование и уравнения в частных производных. М.: Мир, 1974. с. 208.

8. Бессонов J1.A. Теоретические основы электротехники. М.:ВШ, 1984. С. 558.

9. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука, 1988. С. 206.

10. Вишневский К.П. Переходные процессы в напорных системах водоподачи. М.: Агропромиздат, 1986. С. 132.

11. Вишневский К.П. Моделирование переходных процессов в сложных напорных системах насосных станций. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук (05.14.10)/ ЛПИ им. Калинина. Л.: 1988. С. 37.

12. Вороновский Г.К. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности. Харьков: Основа, 1997. С. 112.

13. Гинзбург Я.И., Лезнов Б.С. Современные методы регулирования режимов работы систем водоснабжения крупных городов. М.: ГосИНТИ, 1976. С. 76.

14. Гинзбург Я.И., Лезнов Б.С., Чебанов В.Б. Внедрение автоматизированных систем регулируемого электропривода в насосные установки. //Автоматизация и управление системами водоснабжения и водоотведения, 1986.-С. 17-28.

15. Гликман Б.Ф. Математическое моделирование пневмогидравлических систем. М.: Наука, 1986. С. 365.

16. Грейвулис Я.П., Рыбицкий Л.С. Тиристорный асинхронный электропривод для центробежных насосов. Рига: Зинатне, 1983. С. 218.

17. Громов В.Н., Сидлер В.Г. Расчет нестационарных гидравлических режимов тепловых сетей на ЭВМ. //Теплоэнергетика, 1973. - №6. - С. 2129.

18. Дикаревский B.C. Исследование гидравлических ударов в трубопроводах с учетом потерь энергии. /Труды ЛИИЖТа. Л.: 1971. №321. - С. 53-61.

19. Дмитриенко Ю.А. Регулируемый электропривод насосных агрегатов. Кишинев: Штиница, 1985. С. 286.

20. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. М-Л.: Гостехтеориздат, 1949. С. 104.

21. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. С. 559.

22. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение в центробежных машинах средствами электропривода. //Вестник МЭИ, 1995. - №1. - С.53-62.

23. Ильинский Н.Ф. Регулируемый электропривод энерго- и ресурсосбережения. //Приводная техника, 1997. - №3. - С. 21-23.

24. Каганович Б.М. Дискретная оптимизация тепловых сетей. Новосибирск: Наука, 1978. С. 85.

25. Каганович Б.М., Меренков А.П., Сумароков C.B. Физико-математические аспекты развития теории гидравлических цепей. Препринт №392. Иркутск: СЭИ им. Л.А.Мелентьева СО РАН, 1995. С. 37.

26. Камалов Т.С., Ахмедов И. Оптимизация режимов работы насосных станций. /АН УзССР, Ин-т энергетики и автоматики/ Ташкент: Фан, 1988. -С. 60.

27. Карелин В.Я., Новодережкин P.A. Насосные станции с центробежными насосами. М.: Сторйиздат, 1983. С. 224.

28. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам. М.: Энергия, 1972. -С. 312.

29. Контаутас Р.К. Электроприводы для насосных станций. //Жилищное и коммунальное хозяйство, 1985. - №8. - С.26-33.

30. Кривченко Г.И. Гидромеханические переходные процессы в гидроэнергетических установках. М.: Энергия, 1975. С. 367.

31. Крумм Л. А. Методы оптимизации при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука СО, 1981. С. 317.

32. Кузовков Н.Т., Карабанов C.B., Салычев О.С. Непрерывные и дискретные системы управления и методы идентификации. М.: Машиностроение, 1978.-С. 224.

33. Лабезников Ю.З. Насосный агрегат как составная часть системы частотного регулирования. //Теоретические выводы автоматизации и телемеханизации отраслей коммунального хозяйства. ОНТИ АКХ, 1975, вып.122.-С. 42-68.

34. Лабезников Ю.З. Оптимизация регулирования производительности насосного агрегата водоснабжения. /Автореферат диссертации насоискание ученой степени кандидата технических наук (05.13.14)/ Томск: 1976.-С. 22.

35. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. С. 736.

36. Лезнов Б.С., Чебанов В.Б., Гинзбург Я.И. Регулируемый электропривод мощных насосных установок. //Водоснабжение и санитарная техника, -1995.-№11.-С. 21-27.

37. Лезнов Б.С. Методические рекомендации по приближенному расчету эффективности применения регулируемого электропривода в насосных установках систем водоснабжения. М.: ВИЭСХ, 1980. С. 44.

38. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках. М.: Ягорба: Биоинформсервйс, 1998. С. 180.

39. Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках. М.: Энергоатомиздат, 1991.-С. 141.

40. Лезнов Б.С., Чебанов В.Б., Агеева Н.Т. и др. Частотный преобразователь на IGBT- транзисторах в САУ насосных установок. //Водоснабжение и санитарная техника, 1998. - №3. - С. 32-41.

41. Лисс A.A., Степанов М.В. Нейронные сети и нейрокомпьютеры. С.-Пб.: С.-Пб.ГЭТУ, 1997.-С. 63.

42. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 1983. С. 191.

43. Лямаев Б.Ф., Небольсин Г.П. Стационарные и переходные процессы в сложных гидросистемах. Л.: Машиностроение, 1978. С. 192.

44. Ляхтер В.М. Гидравлическое моделирование. М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 392.

45. Малюшенко В.В. Насосное оборудование тепловых электростанций. М.: Энергия, 1975.-С. 280.

46. Маранец Е.А. Разработка и исследование замкнутых по давлению частотно-регулируемых электроприводов насосных агрегатов. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук (05.09.03)/ М.: 1983. С. 17.

47. Маркарян А.Я. Исследование гидравлического удара с разрывом сплошности потока в трубопроводах насосной станции и некоторые меры борьбы. /Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук (05.14.09)/ Еревана: 1973. С. 26.

48. Мелентьев J1.A. Оптимизация и управление больших систем энергетики. М.:ВШ, 1982.- С. 319.

49. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985.- С. 278.

50. Меренков А.П. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения. Новосибирск: Наука, 1992. С. 405.

51. Новодережкин P.A. Насосные станции систем технического водоснабжения ТЭЕ и АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 264.

52. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергия, 1972. С. 240.

53. Онищенко Г.Б. Регулируемый электропривод мощных турбомеханизмов. М.: Энергия, 1965. С. 140.

54. Онищенко Г.Б., Рожанковский Ю.В. Определение механических характеристик центробежных насосов с регулируемым приводом. /Сб. Электропривод, М.: Информэлектро, 1970. - №2. - С. 37-39.

55. Онищенко Г.Б., Рабкин С.С. Электропривод и система управления насосов, вентиляторов и компрессоров. /Сб. Электропривод, М.: Информэлектро, 1970. - №5. - С. 41-43.

56. Онищенко Г.Б., Рожанковский Ю.В. Выбор рациональных систем регулируемого электропривода для турбомеханизмов. /Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве, т.4, М.: Энергия, 1972.- С. 24-30.

57. Онищенко Г.Б., Пономарев В.М. Регулируемый электропривод циркуляционных насосов атомных станций. /Сб. Электропривод, М.: Информэлектро, 1976. - №4. - С. 25-28.

58. Онищенко Г.Б., Пономарев В.М., Шакарян Ю.Г., Лазарев Г.Б. Проблемы использования регулируемого электропривода в энергетике. /Автоматизированный электропривод, М.: Энергоиздат, 1986. С. 156163.

59. Онищенко Г.Б., Осипов В.Г., Ключникова Г.А. Использование избыточного напора в трубопроводах для выработки электроэнергии. //Новые технологии, 1997. - № 1. - С. 5-6.

60. Онищенко Г.Б., Аксенов М.И., Ключникова Г.А. Модели объекта управления для насосных установок с регулируемым электроприводом. //Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Труды конференции. Харьков: Основа, 1997. - С. 43-45.

61. Онищенко Г.Б., Аксенов М.И., Осипов В.Г., Ключникова Г.А. Компьютерная технология оценки эффективности использования электроэнергии в системах теплоснабжения. //Новые технологии, 1996. -№ 5-6. - С. 9-10.

62. Оран Э. Численное моделирование реагирующих потоков. М.: Мир, 1990. -С. 661.

63. Перевощиков С.И. Гидродинамическая вибрация насосных агрегатов. Тюмень: ТГНГУ, 1997. С. 108.

64. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение, 1987. С. 463.

65. Попырин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. С. 241.

66. Пустовойт Б.В. Механика движения жидкости в трубах. Л.: Энергоиздат, 1971.- С. 144.

67. Сарач Б.М., Хромых И.Е. Опыт эксплуатации энергосбережения насосных станций. //Промышленная теплоэнергетика, 1997. - № 8. - С. 13-16.

68. Сарач Б.М. и др. Энергосберегающая насосная станция (опыт практической реализации). //Вестник МЭИ, 1995. - №1. - С. 63-68.

69. Смирнов Д.Н. Фактические данные о гидравлическом ударе в трубопроводах значительной длины. //Гидротехническое строительство, -1952.-№9.-С.25-34.

70. Смирнов Д.Н. Исследование гидравлического удара в напорном водоводе насосной станции. /В сб. Исследования по гидравлике водопроводных сетей и станций, М.: Госстройиздат, 1954. С.21-39.

71. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергоиздат, 1982. С. 360.

72. Суровцев И.С. Нейронные сети. Введение в современную информационную технологию. Воронеж: ВГУ, 1994. С. 222.

73. Уайт Д., Вудсон Б. Электромеханическое преобразование энергии. М.: Энергия, 1964. С. 528.

74. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. М.: Мир, 1991.- т. 1, С. 502.

75. Фокс Д.А. Гидравлический анализ неустановившегося течения в трубопроводах. М.: Энергия, 1981. С. 314.

76. Чарный И.А. Неустановившееся течение реальной жидкости в трубах. М.: Недра, 1975. С. 296.

77. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Энергия, 1977. -С. 422.

78. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер A.C. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. С. 615.

79. Чугаев P.P. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982. С. 672.

80. Щербаков М.А. Искусственные нейронные сети. Пенза: ПГТУ, 1996. С. 44.