Разработка системы рекуперации энергии на базе асинхронного генератора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Иванов, Александр Сергеевич

• Иванов, Александр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванов, Александр Сергеевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Система рекуперации давления как решение проблемы

гидравлической разбалансированности систем тепло- и водоснабжения

Глава 2. Выбор типа электрической машины и схемы, пригодной для использования в СРД

2.1 Выбор типа электрической машины

2.1.1 Асинхронная машина

2.1.2 Синхронная машина

2.1.3 Вентильно-индукторная машина

2.1.4 Машина постоянного тока

2.2 Анализ различных структур системы рекуперации давления

2.2.1 Работа генератора параллельно с сетью

2.2.2 Работа генератора в автономном режиме

2.2.3 Работа генератора на инвертор

2.2.4 Смешанная структурная схема

2.3 Асинхронный генератор на практике и в трудах исследователей45 Глава 3. Конструкция и принцип работы СРД

3.1 Конструкция СРД

3.2 Принцип работы установки СРД

3.3 Система управления установкой СРД

3.4 Работа системы управления

Глава 4. Математическая модель асинхронной машины

4.1 Моделирование в МайаЬ-БшшИпк

4.1.1. Переходные процессы в асинхронной машине

4.1.2 Описание модели

4.1.3 Зависимость пусковых токов от скорости вращения ротора и фазы напряжения включения

4.1.4. Ограничение пусковых токов

4.1.5 Влияние внешнего ударного момента на работу асинхронного

генератора

4.2 Моделирование в среде программирования Matlab

Глава 5. Работа генератора на автономную нагрузку

Глава 6. Проверка электромагнитной совместимости

Глава 7. Оценка экономической эффективности внедрения системы

рекуперации энергии

Основные выводы и результаты работы

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Модель асинхронной машины в среде

программирования Matlab

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Технические характеристики прибора

«Энергомонитор 3.3»

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчёт себестоимости и срока окупаемости

установки по рекуперации давления

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акт о внедрения результатов диссертационного исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы рекуперации энергии на базе асинхронного генератора»

Введение

Актуальность работы. Современная энергетика в РФ характеризуется направлением к повышению надежности, энергоэффективности и экологической безопасности, что соответствует основным положениям «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» и ФЗ - 261 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».

По данным Министерства по науке и образованию РФ до 60 % резервов возможной экономии электроэнергии находится в сфере потребления.

Известно, что крупные города по всему миру потребляют огромное количество энергии. И потребление электроэнергии постоянно растет. Так, рост потребления электроэнергии в г. Москве достигает 5 % в год. При росте электропотребления растёт и дефицит мощностей. В настоящее время он оценивается в 12-15 % от общего уровня потребления. При этом потенциал энергосбережения Москвы оценивается примерно в 11 млн. т. у.т. в год, т.е. около 1 % от всего потребления первичной энергии в России. Неразумно при таком огромном потенциале энергосбережения решать проблему надежного обеспечения города энергоресурсами только за счет увеличения производства энергии.

Поисками новых нетрадиционных источников энергии занято значительное число учёных в различных областях науки и техники.

Актуальной является и проблема гидравлической разбалансированности систем теплоснабжения. Известно, что при транспортировке рабочих и технологических жидкостей (водные среды, углеводороды и др.) для преодоления гидравлического сопротивления магистральных трубопроводов мощность насосных агрегатов выбирается исходя из требуемого давления среды для обеспечения самых удалённых объектов. Все абоненты, расположенные ближе, вынуждены получать

продукт под избыточным давлением. Это обстоятельство приводит к значительным безвозвратным потерям энергии, которая попросту дросселируется.

Поэтому разработка системы, позволяющей решить, с одной стороны, проблему разбалансированности гидравлической системы, а с другой, вырабатывать электроэнергию нетрадиционным, экологически чистым способом, полностью отвечающим требованиям Киотского протокола, является актуальной и отвечающей требованиям времени.

В качестве электрического генератора предлагается использовать асинхронную машину.

Асинхронные генераторы находят достаточно разнообразное применение в самых различных областях народного хозяйства. Как источники электроснабжения основного и вспомогательного электрооборудования асинхронные генераторы находят применение на судах и летательных аппаратах. Асинхронная машина с вентильным возбуждением находит применение в автономных системах электроснабжения и для комбинированного энергетического привода гибридного автомобиля в качестве стартёр-генератора. Для обеспечения бесперебойного электроснабжения ответственных потребителей малой мощности (до 5 кВт) при кратковременных провалах напряжения сети находят применение источники бесперебойного питания на базе инерционного накопителя энергии и асинхронной машины с короткозамкнутым ротором. Асинхронные генераторы широко применяются в ветроэнергетических установках и гидроэлектрических станциях малой мощности.

Известны разработки энергосберегающих установок с использованием асинхронных генераторов. Так, бельгийские фирмы АС ТС и ЕВЕ Б предложили и приступили к реализации проекта по использованию энергии, которая высвобождается при снижении давления газа. Также известны разработки, в которых попутный газ, содержащийся в нефтяных скважинах,

предлагается использовать для привода АГ, к которому подключены нефтяные насосы.

Целью работы является разработка и создание экспериментальной и опытно-промышленной установок системы рекуперации давления (СРД), использующую для выработки электроэнергии энергию обычно теряемого, избыточного магистрального давления в системах тепло- и водоснабжения.

Разработка рекомендаций по выбору оптимальных режимных параметров работы установок СРД.

Создание аварийного источника электроэнергии для поддержания работоспособности теплового пункта в случае внезапного отключения электроэнергии.

Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Выбор оптимальной структуры системы рекуперации давления и типа электрического генератора.

2. Создание модели асинхронной машины в среде программирования Matlab, которую можно было бы интегрировать как составную часть в более сложную математическую модель системы водоснабжения.

3. Анализ переходных процессов в при включении генератора в сеть и при работе на автономную нагрузку.

4. Участие в создании экспериментальной и опытно-промышленной установок рекуперации давления

5. Проверка электромагнитной совместимости опытно-промышленных установок.

При решении поставленных задач соискатель опирался на труды известных ученых, внесших значительный вклад в развитие теории электромеханических преобразователей, в том числе асинхронных генераторов: Алиевский Б.Л., Балагуров В.А., Джендубаев А.-З.Р., Иванов A.A., Иванов-Смоленский A.B., Копылов И.П., Костырев M.JL, Скороспешкин А.И., Торопцев Н.Д., Фришман B.C. и др.

Методы исследования. При исследовании применялись как теоретические, так и экспериментальные методы. Исследования выполнялись с использованием базовых законов теоретических основ электротехники, с применением теории обобщенной электрической машины, методов проектирования и математического моделирования трехфазных асинхронных машин. При разработке математической модели электрической части установки СРД использовалась среда программирования МайаЬ. Достоверность теоретических исследований подтверждается совпадением результатов расчёта и эксперимента.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• Установлена зависимость бросков тока от скорости, при которой осуществляется включение генератора в сеть.

• Установлена зависимость бросков тока от фазы напряжения включения.

• Исследовано влияние скорости, при которой осуществляется включение генератора в сеть, на броски токов при использовании токоограничивающих резисторов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

• Разработана энергосберегающая установка СРД на основе асинхронного генератора.

• Созданы экспериментальная и опытно-промышленная установки СРД

• Разработан алгоритм автоматического управления установкой.

• Изготовлен экспериментальный стенд для определения оптимальных режимных параметров установки СРД.

• Создана математическая модель электрической части установки СРД, позволяющая в составе модели систем централизованного тепло- и водоснабжения исследовать динамические процессы.

• Определены схемы установки СРД, позволяющие работать параллельно с сетью и на автономную нагрузку в оптимальном режиме.

• Основные результаты диссертации используются ЗАО «ОПТИМА» для внедрения в городскую целевую программу по энергосбережению г. Москвы.

• Рекуперационные энергосберегающие установки СРД находят применение в энергохозяйстве г. Москвы на 12 тепловых пунктах ОАО «МОЭК».

• Проведённые исследования электромагнитной совместимости показали, что установки СРД не ухудшают качество электроэнергии системы электроснабжения

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов определяется:

• использованием апробированных методик планирования и проведения исследований, методик анализа экспериментальных результатов, применением средств измерений необходимой точности;

• использованием стандартных пакетов прикладных программ. Реализация работы. Результаты диссертационной работы

использованы:

• в учебно-экспериментальной установке "Рекуперация избыточного давления теплоносителя в электрическую энергию" на тепловом пункте НИУ "МЭИ" (г. Москва, ул. Красноказарменная, дом 13, корп. С), созданной в 2007...2008 г.г. по заказу НИУ "МЭИ" при реализации федеральной инновационной образовательной программы и модернизированной в 2011;

• в установке СРД-1РА на тепловом пункте №0704/002 (г. Москва, Кутузовский пр-т, д. 22), созданной в 2009 году по заказу МГУП ЭВАЖД;

• в лабораторной рекуперационной установке ЗАО "ОПТИМА", предназначенной для апробации алгоритмов управления ЭРУ и созданной в 2009...2010 г.г. при выполнении НИР «Разработка систем

эффективного использования избыточного магистрального давления при транспортировке теплоносителя и воды в системен тепло- и водоснабжения» по заказу Минобрнауки (государственный контракт № 02.516.12.6024 от 18.06.2009)

• в конструкциях ЭРУ, разрабатываемых в процессе выполнении ОКР «Разработка типового ряда опытно-промышленных энергосберегающих установок для эффективного использования энергии избыточного магистрального давления в системах центрального тепло- и водоснабжения» по заказу Минобрнауки (государственный контракт № 16.526.12.6003 от 10.05.2011) Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались и обсуждались на:

• Международной научно-технической конференции «Энергобезопасность и энергоэффективность: состояние и проблемы» Бишкек, Кыргызский государственный технический университет (КГТУ) им. И. Раззакова 22-23 сентября 2011г.

• XV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ (ТУ), 26-27 февраля 2009г.

На защиту выносятся:

• Исследования по влиянию скорости вращения ротора на величину бросков тока при включении генератора в сеть;

• Рекомендации по применению токоограничивающих резисторов при включении генератора на параллельную работу с сетью;

• Результаты исследования автономного режима работы СРД;

• Результаты исследования установок СРД на электромагнитную совместимость.

• Оценка экономической эффективности внедрения СРД. Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 4

печатных труда, из них в изданиях по перечню ВАК - 3 статьи, 1 доклад.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 160 стр., имеет 70 рисунков и 13 таблиц, включает титульный лист, содержание, введение, 7 глав, заключение, 4 приложения и список использованных источников (50 наименований).

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры электромеханики НИУ «МЭИ» и сотрудникам научного центра «Износостойкость» НИУ МЭИ за помощь в работе.

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Иванов, Александр Сергеевич

Основные выводы и результаты работы

1. Разработана рекуперационная установка СРД на основе асинхронного генератора.

2. Создана математическая модель электрической части установки СРД, позволяющая в составе модели систем централизованного тепло- и водоснабжения исследовать динамические процессы.

3. Определены схемы установки СРД, позволяющие работать параллельно с сетью и на автономную нагрузку в оптимальном режиме.

4. Установлена зависимость бросков тока от скорости, при которой осуществляется включение асинхронного генератора в сеть.

5. Установлена зависимость бросков тока от фазы напряжения включения асинхронного генератора в сеть.

6. Исследовано влияние скорости, при которой осуществляется включение генератора в сеть, на броски токов при использовании токоограничивающих резисторов.

7. Проведена оценка экономической целесообразности внедрения установок СРД.

8. Показано, что параллельная работа СРД с сетью не приводит к ухудшению качества электроэнергии последней.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванов, Александр Сергеевич, 2012 год

Список литературы

1. Повышение эффективности систем транспортировки, распределения и потребления тепла / Рыженков A.B., Лукин М.В., Сухова Е.А., Хованов Г.П. // Академия Энергетики. 2010. №5(37). сс. 20-25

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Теплоэнергетика». 7-е стер, изд. М.: Изд-во МЭИ, 2001.

3. Пути повышения надежности и долговечности тепловых сетей // Коммунальный комплекс Подмосковья. 2006. №1. с. 24-26

4. Повышение эффективности систем транспортировки, распределения и потребления тепла / Рыженков A.B., Лукин М.В., Сухова Е.А., Хованов Г.П. // Академия Энергетики. 2010. №5(37). сс. 20-25

5. Повышение эффективности систем транспортировки, распределения и потребления тепла / Рыженков A.B., Лукин М.В., Сухова Е.А., Хованов Г.П. // Академия Энергетики. 2010. №5(37). сс. 20-25

6. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Теплоэнергетика». 7-е стер, изд. М.: Изд-во МЭИ, 2001.

7. Пути повышения надежности и долговечности тепловых сетей // Коммунальный комплекс Подмосковья. 2006. №1. с. 24-26

8. Повышение эффективности систем транспортировки, распределения и потребления тепла / Рыженков A.B., Лукин М.В., Сухова Е.А., Хованов Г.П. // Академия Энергетики. 2010. №5(37). сс. 20-25

9. Новожилов Ю.Н. ,Автоматический слив воды из отопительных систем, Новости теплоснабжения, № 09 (49), сентябрь 2004.

10. Тихоненко Ю.Ф. Энергосбережение в Москве /Новости теплоснабжения. 2007, №3

11. Предложения Гринпис России по рационализации потребления электроэнергии в Москве. Февраль 2008. www.greenpeace.org

12. Джендубаев А-З.Р. Автономные асинхронные генераторы с конденсаторным самовозбуждением (развитие теории и практики). Автореф. дис. ... д-ра. техн. наук. М.; 2007

13. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. В2-х т. Том 1: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство МЭИ, 2004

14. Герасимов А., Толмачев В., Уткин К. Дизель-генераторные электростанции. Работа при переменной частоте вращения дизеля. Новости электротехники, №4(34), 2005

15. Свод правил по проектированию и строительству СП41-101-95 "Проектирование тепловых пунктов"

16. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник /Кравчик А.Э. и др. -М.: Энергоатомиздат, 1987

17. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учеб. пособие для студ. сред. проф. образования. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 480 с

18. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. - 327 с

19. Энергетика и энергосбережение Итоги 2010 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергетики и энергосбережения. Программное мероприятие 1.6. - М.: AHO «ЦЭРТ», 2010 (Тип. «РУС-КОР». 2010). - Вып.З -с.59. рис.54.

20. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

21. Лазарев Ю. Ф. Начала программирования в среде MatLAB: Учебное пособие. - К.: НТУУ "КПП", 2003. - 424 с.

22. Виноградов K.M. Автономная электроэнергетическая установка с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения. Дис. ... канд. техн. наук. Челябинск, 2006

23. Туровский Я. Техническая электродинамика. Дерев, с польск. -М.: Энергия, 1974. -488с..

24. Джендубаев А.-З.Р. Особенности работы серийного асинхронного двигателя в генераторном режиме параллельно с сетью. // Известия вузов. Электромеханика. 2003. № 1. сс. 12-16

25. Иванов A.C., Котеленец Н.Ф. Особенности использования пусковых резисторов в асинхронном генераторе при включении в сеть. Известия вузов. Электромеханика. №6, 2010г. сс. 25-27.

26. Антонов H.A. Анализ феррорезонансных схем электрических сетей 110-500 кВ методами математического моделирования. Дис. ... канд. техн. наук. Иваново, 1998.

27. Еременко, В. Г. Разработка и исследование источника электроэнергии постоянной частоты с асинхронным генератором при переменной скорости вращения: Диссертация кандидата технических наук / В. Г. Еременко, Моск. энерг. ин-т (МЭИ). - 1967 . - 257 с.

28. Джендубаев, А.-З.Р. Автономные асинхронные генераторы с конденсаторным самовозбуждением (развитие теории и практика): 05.09.01 -Электромеханика и электрические аппараты: диссертация доктора технических наук / А.-З.Р. Джендубаев, Карачаево-Черкесская Гос. технологическая акад. . - 2006 . - 365 с.

29. Зубков Ю.Д. Асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением. - Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1949.

30. Иванов A.A. Асинхронный генератор для гидроэлектрических станций небольшой мощности. - М.: Госэнергоиздат, 1948.

31. Observations on the selection of generators for wind turbines. De Zeeuw W.I." Proc. Int. Conf. Elec. Mach., Budapest, 5-9 Sept, 1982. Pt.3" Budapest, s.a., pp 788-791.

32. Фришман B.C. Вопросы применения самовозбуждающихся асинхронных генераторов в сельском хозяйстве. Труды Кубанского сельскохозяйственного института. Краснодар, 1970, вып. 39.

33. Фришман B.C., Прохорова Г.А. О расчете асинхронного генератора с двумя статорными обмотками. // Электричество, 1979, №3

34. Кимкетов М.Д. Разработка и исследование электрифицированного переносного агрегата для обрезки виноградной лозы с использованием автономного асинхронного генератора: Автореф. Дис. ...канд. техн. наук., Тбилиси, 1981.

35. Эвентов С.З. Исследование и разработка электрифицированного агрегата для сбора чайного листа: Автореф. дис. канд. техн. Наук. М.: 1983.

36. Торопцев Н.Д. Асинхронный генератор автономных систем. М.: Знак, 1998.

37. Автомобили с комбинированным энергетическим приводом. Обзор разработок за рубежом.// Автостроение за рубежом. 2002. №3 с.5-11.

38. Грачев П.Ю., Ежова Е.В. Асинхронный стартер-генератор для комбинированного энергетического привода гибридного автомобиля. // Электротехника. - 2004, №12, с.35-39/

39. Мильчюс Э.П., Микша В.Я., Глячис С.Ю. Исследование процесса самовозбуждения геофизических скважинных приборов. - Каунас, 1987, Деп. в ЛитНИИНТИ 04.12.87 №1995/

40. Кицис С.И. Особенности конструирования и расчета погружных асинхронных самовозбуждаемых генераторов. // Электротехника - 1986, №11

41. Чернышев A.C. Разработка источника бесперебойного питания на базе асинхронной машины с инерционным накопителем энергии: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -М.; 1988/

42. Гентковски 3. Процессы и характеристики автономного асинхронного генератора с полупроводниковым регулятором напряжения. Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. М.: 1983/

43. La tyrbo-detendeur integre ACEC avec alternateur hante frequence. Van Gucht A., Callens F. "ACEC rev" 1986, №2 pp 11-15.

44. Oil field induction generator system. Quarles M.H., Bolin W.D.: Пат. 4730118, США, заявл. 11.08.87, №85257, опубл. 08.03.83, МКИ Н02Р 9/04 НКИ 290/40 R

45. Асинхронные генераторы в сельском хозяйстве / (Тр. / КСХИ; Вып. 39 (67) —Краснодар, 1970,- 131 с.

46. Фришман. B.C. Вопросы применения самовозбуждающихся асинхронных генераторов в сельском хозяйстве - Тр. / КСХИ; Вып. 39(67). — Краснодар, 1970. — С. 3 — 13.

47. Богатырев Н.И. Асинхронные генераторы в научных исследованиях кафедры электрических машин и электропривода кубгау. (к 40-летию создания кафедры ЭМ и ЭП КубГАУ) // Научный журнал КубГАУ, №62(08), 2010 г.

48. Богатырев, Н.И. Новые перспективы применения асинхронных генераторов для ветроэнергетических установок и малых ГЭС [Текст] / Н.И. Богатырёв, А.С. Креймер, Я.А. Ильченко // Промышленная энергетика. — 2006. -№ 5.— С. 48 — 52.

49. Торопцев Н.Д. Асинхронные генераторы для автономных электроэнергетических установок. М.: Энергопрогресс, 2004. 88с.

50. L. Shidhar, Bhim Singh, C.S. Jha, B.P. Singh. Analysis of self-excited induction generator feeding induction motor. IEEE Trans. Energy Convers. - 1994. - №2. cc. 390-396.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Модель асинхронной машины в среде программирования МаШЬ.

Модель представлена двумя файлами: один из них - функция - решение дифференциальных уравнений, другой - script-file, script, clear;

clc; %Очистить командное окно

global р Rs Rr Is lr Mk PsiO wc Rn Ln Ck imbaz unom Rb N Mz tl jrl Ls M Wbaz Ubaz m Mc mnom b;

% Модель асинхронной машины (двигателя)

% < Тип- 4A90L2Y3 >;

% Р2=3000 [Wt], 2р=2;

% cos(fi)=0,88; kpd=0,845; Uf=220[v];

% f=50[h]; соединение фаз -Y;

% Jr=0.0035; момент инерции ротора [kg*m*m];

%t0=0;% Start time

%tk=l;% Finish time

%tl=t0:le-6:tk;

% ===== Program========:==

p2nom=3000; %Номинальная мощность машины [Ватт] unom=220; %номинальное фазное напряжение [В] cosfi=0.88; kpd=0.845; m=3; %число фаз р=1; %число пар полюсов jrl=0.0035; %момент инерции ротра [кг*мА2] fl=50; %номинальная частота питающей ссети [Гц]; snom=0.043; %номинальное скольжение wl=2*pi*fl/p; %синхронная скорость вращения поля [рад/сек] wrnom=wl*(l-snom); %номинальная скорость вращения ротора [рад/сек]

mnom=p2nom/wrnom;

disp(sprmtf('Mnom=%g',mnom))

% Parametrs of equivalent G-circuit [o.e]

rlog=0.072; xlog=0.057; r2og=0.047; x2og=0.10; xmo=3.4;

o/0===================

% Parametrs curcuit for KZ [o.e.] %r2p=0.11; rk=0.27; xk=0.1;

%Расчёт базисных величин

inom=p2nom/(m*unom*cosfi*kpd);%Tok Inom - bazis[A]

zbaz=unom/inom;

fbaz=fl; %[Herz]

Ibaz=inom*sqrt(2);%[A]

Ubaz=unom* sqrt(2);% ["V]

Zbaz=Ubaz/Ibaz;%[Om]

Wbaz=2*pi*fl;%[l/sec]

Tbaz=l/Wbaz;%[sec]

Lbaz=Zbaz/Wbaz;

Psibaz=Ubaz*Tbaz;%[V* sec]

Pbaz=p2nom;

Mombaz=mnom;%[N*m]

disp(sprintf('Mombaz=%g,,Mombaz)); disp(sprintf(,mnom=%g',mnom));

%

% Parametrs of equivalent G-circuit [OM]

xm=zbaz*xmo;

rlg=zbaz*rlog;

xlg=zbaz*xlog;

r2g=zbaz*r2og;

x2g=zbaz*x2og;

%===========:================

%Parametrs of equivalent T-circuit [OM]

xl=2*xl g*xm/(xm+sqrt(xmA2+4*xl g*xm));

sig=xlg/xl;

rl=rlg/sig;

r2=r2g/sig/sig;

x2=x2g/sig/sig;

0/^========================

imbaz=unom/sqrt((xm+x 1 )A2+r 1A2); % Ток Imu -bazis[A]

o/0===

ls=xl/314;

lr=x2/314;

M=xm/314;

Mk=M;

Rs=rl;

Rr=r2;

%Перевод напряжений в систему альфа-бета

%====================================

ul a=Ubaz*sin(Wbaz*t 1);

ulb=Ubaz*sin(Wbaz*tl-2*pi/3); ulc=Ubaz*sin(Wbaz*tl+2*pi/3);

a=exp(i*2*pi/3);

U1 complex=2/3 * (u 1 a+u 1 b * a+u 1 c * aA2);

disp(ulb) disp(ulb.*a) disp(ulb.*a) disp(ulc.*aA2)

ul _alfa=real(Ul complex); ul_beta=imag(Ul complex);

% ======= Differential equations ========

t0=0;% Start time

tk=0.5;% 0.5 Finish time

y0=[ 0 0 0 0 0 0];

%yO=[psil_alfa psilbeta psi2_alfa psi2_beta wr teta ]

% y(l)=psil_alfa; y(2)=psil_beta;

% y(3)=psi2_alfa; y(4)=psi2_beta;

% y(5)=wr; y(6)=teta;

% y(7)=inag_alfa; y(8)=inag_beta;

% teta=wc*t;

y<f==\H!!!!!! !===== % Calculatatation diff. equations dispC Start... '); [t,y]=ode45('odu',[t0 tk],y0);

disp(sprintf('Mc=%g',Mc/Mombaz));

%=== GRAFIKA ===== figure(l); subplot( 1,2,1), %plot(t(:),y(:,5),'b'), grid; plot(t(:),y(:,5)./Ubaz,'b'), grid; title('Wr = f(t)'); xlabelC t[c]'); ylabel('Wr [рад/сек]'); subplot( 1,2,2), plot(t(:),y(:,3),'b'), grid; %plot(t(:),ia.tfbaz,'b'), grid; title('Ialfa = f(t)'); xlabelC t[c]'); ylabel('Ialfa [A]');

nnk=num2str(N);

disp([' ... N_iter=',nnk,' <End> ']);

o/0==========

nn=length(t);

%disp(sprintf('nn=%g,,nn)) disp(sprintf('N=%gVN)) %disp(sprintf('y=%g',y)) %disp(y)

nx=nn-1000; Pl=zeros(l,nn);

P2=zeros(l,nn);

Q2=zeros(l,nn);

ia=zeros(l,nn);

ib=zeros(l,nn);

isa=zeros(l,nn);

ira=zeros(l,nn);

Mx=zeros(l,nn);

kpd=zeros(l,nn);

menr=zeros(l ,nn);

mem 1 =zeros( 1 ,nn);

o/ö====__==

Mz=zeros(l,nn);

Mi=Mz(l);

for kx=l:l:nn

ld=ls+Mi;

lD=lr+Mi;

del=ld*lD-MiA2;

isalf=(lD *y(kx, 1 )-Mi*y(kx,3))/del; isbet=(lD*y(kx,2)-Mi*y(kx,4))/del; iralf=(ld*y(kx,3)-Mi*y(kx, 1))/del; irbet=(ld*y(kx,4)-Mi*y(kx,2))/del; ira(kx)=iralf;

% ===Im_alfa, Im betta and modul(Im) imalf=isalf+iralf;%+ imbet=isbet+irbet;%+ imu=sqrt(imalfA2+imbetA2); imo=imu/(l .41 *imbaz); % ===== Function Mi=F(Imu) = mk=1.344/sqrt(l+1.44*imo.A2); Mi=mk*unom/(imbaz*314);

Mx(kx)=Mi/Lbaz;

ia(kx)=isalf;

ib(kx)=isbet;

meml (kx)=abs(3 ./2. *p. *(y(kx, 1 )*isbet-y(kx,2)*isalf)); %Mem=(m/2)*(psisalfa*isbeta-psisbeta*isalfa)

%meml(kx)=(3 ./2. *p. »Mi. *(isbet. *iralf-isalf. *irbet)); %Mem=(m/2)*M*(isbet*iralfa-isalfa*irbeta);

%mem 1 (kx)=(3 ./2. *p. *Mi./del. *(y(kx,2) *y (kx,3 )-y (kx, 1 ) *y (kx,4))) ; %Mem=(m/2)*p*M/del*(psisbet*psiralfa-psisalfa*psirbeta);

mem(kx)=meml (kx);%./Mombaz;

%P2(kx)=abs(3 ./2. *(y(kx,5)*isalf+y(kx,6)*isbet));%./Pbaz; Usalfa(kx)=Ubaz* sin(t(kx) * Wbaz) ; Usbeta(kx)=-Ubaz*cos(t(kx)*Wbaz); P2(kx)=Usalfa(kx) * isalf+Usbeta(kx) * isbet; Q2(kx)=Usbeta(kx)*isalf-Usalfa(kx)*isbet;

S(kx)=sqrt((P2(kx))A2+(Q2(kx))A2);

Pl(kx)=((mem(kx)*y(kx,5)));%./Pbaz;

if Pl(kx)==0;

kpd(kx)=0; eise

kpd(kx)=P 1 (kx). /Р2 (kx) ; end,

end,

%== GRAFIKA =====

figure(l);

subplot(l,2,l),

plot(t(:),y(:,5).*60/(2*pi),'b'), grid; %plot(t(:),y(:,5)./Wbaz,'b'), grid; title('n = f(t)'); xlabelC t[c]'); ylabel('n [об/мин]'); subplot(l,2,2), %plot(t(:),ia,'b'), grid; plot(t(:),ia./Ibaz,'b'), grid; title('Ialfa = f(t)'); xlabelC t[c]'); ylabel('Ialfa [o.e.]');

o/o====_= figure(2),

plotCtCO^emCO./Mombaz/m^tCO^cCO./Mombaz/b'), grid; title('Mem = f(t)'); xlabelC t[c]'); ylabel('Mem [o.e.]');

%=== The end pfogram =========

Функция - решение дифференциальных уравнений: function yd=odu(t,y)

%global Ubaz Wbaz Rs Rr Is lr Mk PsiO wc Rn Ln Ck imbaz unom Rb N Mz m p jrl Me mnom Ls;%M;

global mnom ls lr Mk imbaz unom Ubaz Wbaz Rs Rr m p jrl Me N; % (Script file Ivanov l .M) % === New variant (axies - alfa, betta) === % y(l)=psia; y(2)=psib; % y(3)=psira; y(4)=psirb; %y(5)=wr; y(6)=teta; % y(7)=inag_alfa; y(8)=inag_beta; % teta=wc*t;

<yo ***-----------------=zr-= ***

%==========Момент сопротивления=======:=

Mc=l*mnom;

%disp(sprintf('Mc—%g',Mc))

% ====== Ld ; Lq and M =

Ls=ls+Mk;

%disp(sprmtf('ls=-%g',ls)) %disp(sprintf('Mk=%g',Mk)) %disp(sprintf('Ls=%g',Ls)) %disp(sprintf('Wbaz=%g,,Wbaz))

Lr=lr+Mk; del=Ls.*Lr-Mk.A2;

% =====Ialfa(S,R) # Ibetta(S,R)

isalf=(Lr. *y(l )-Mk. *y(3))./del; isbet=(Lr.*y(2)-Mk.*y(4))./del; iralf=(Ls. *y(3 )-Mk. *y( 1 ))./ del; irbet=(Ls. *y(4)-Mk. *y(2))./del;

% =====Im_alfa, Im betta and modul(Im)

imalf=isalf+iralf;

imbet=isbet+irbet;

imu=sqit(imalf A2+imbet.A2);

imo=imu./(l ,44*imbaz);

% ===== Grafik function M=F(Imu) ===== mk=1.344/sqrt(l+1.44*imo.A2);

Mk=mk. *unom./(imbaz. *314);

% ======================

% Diffirential equation for

% == Psi_alfa(s,r) and Psi_betta(s,r) ===

%ua=ul_alfa;

%ub=ul_beta;

dy( 1 )=Ubaz* sin(t* Wbaz)-Rs * isalf; dy(2)=-Ubaz*cos(Wbaz*t)-Rs.*isbet; dy(3)=-iralf. *Rr-y(5). *y(4);%(+) dy(4)=-irbet. *Rr+y(5).*y(3);%(-) Mem=m*p/2*(y(l).*isbet-y(2).*isalf); dy(5)=p/jrl *(Mem-Mc); dy(6)=y(5);

yd=[dy(l) dy(2) dy(3) dy(4) dy(5) dy(6)]';

return,

% The end m.fimction yd=genmnewl(t,y);

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Технические характеристики прибора «Энергомонитор 3.3»

Для измерения показателей качества электроэнергии и энергетических параметров использовался прибор «Энергомонитор 3.3» (далее - Прибор ЭМ-3.3) производства ООО "НЛП Марс-Энерго". Внешний вид прибора показан на рисунке П.2.1.

Рис. П.2.1. Лицевая панель Прибора ЭМ 3.3.

1 - графический дисплей; 2 - клавиатура; 3 - декоративные заглушки.

При несинусоидалы-юй форме сигнала Прибор ЭМ-3.3 обеспечивает измерения параметров электрической сети и ПКЭ. если амплитудные значения тока и напряжения не превышают 200% от номинальных значений поддиапазонов измерений.

Прибор ЭМ-3.3 обеспечивает расчет и регистрацию наибольших и наименьших, верхних и нижних значений ПКЭ и количества измерений, попавших в нормально допускаемые пределы (НДП). предельно допускаемые пределы (ПДП) и не попавших в эти пределы за каждые сутки. Глубина регистрации - 8 суток.

Прибор ЭМ-3.3 обеспечивает расчет и регистрацию параметров электрической сети в течение:

9.5 часов при времени усреднения 3 сек., 8 суток при времени усреднения 1 мин. (в т.ч. значений ГЖЭ), 7.5 месяцев при времени усреднения 30 мин.

Рис. П.2.2 Схема подключения Прибора ЭМ 3.3 к трехфазной четырехлроводной сети с помощью токоизмернтельных клешей.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчёт себестоимости и срока окупаемости установки по рекуперации давления.

Расчет себестоимости установки

Проведем расчет агрегатов установки РСД при работе как на сеть так и на автономную нагрузку. Расчет проводился для генератора мощностью 5,5 кВт, т.к. аналогичная установка уже работает по адресу Мневники, 10 к.З стр.1.

Поз.. Элемент системы Цена,руб. Кол-во

1 Электродвигатель АИР112М4 (5,5кВт/1500) 8130 1

2 Трансформатор НТС-10 понижающий 3-х фазный 380/36 14400 1

3 Агрегат бесперебойного питания стоечного исполнения UPStel 330/48 R (выпрямитель) 20040 1

4 Счетчик 3-х ф. «МЕРКУРИИ-230 ART» 3087,00 1

5 Ящик ЩУРн-3-48з 1626 2

6 Источник бесперебойного питания IPPONSMARTWINNER 3000 14838 2

7 Контроллер Овен 10600 1

8 Процессорный модуль Р06 - 14 COMM/ISaGrafV. 5 23800 1

9 Панель оператора V04/2/0/0 13800 1

10 Ввод аналоговых данных сигнал ТЗ101 - 03 6700 1

13 Вывод дискретного сигнала 6300 1

14 Насос ЗАО «Помпа» KMJI2 40/160 14000 1

15 Датчик давления воды "Сапфир-22ДД-Вн" 13900 1

16 Датчик температуры воды SIEMENSQAD 22 1900 1

17 Выпрямитель ИПС-1000 16353 1

18 Аккумулятор AGM HAZE 100 ач 12В: HZB12-100 8300 4

Итого: 179 428 руб.

При этом стоимость условно электрической и гидравлической частей установки составляют примерно по 90 ООО рублей.

Монтаж и настройка системы производится бригадой в составе 1-3 человекав течение 5 рабочих дней. Среди них обязательно присутствует

человек с инженерным образованием, то есть руководящий, у которого есть соответствующие знания по эксплуатации и устранению неисправностей в случае возникновения аварийной или другой непредвиденной ситуации. Полученная за работу оплата распределяется внутри бригады в соответствии с квалификацией и проделанной работой.

В расчете стоимости установки оборудования было принято, что заработанная плата рабочего выплачивалась в размере 120 р/час, а инженера-240 р/час. Исходя из этих данных рассчитана стоимость монтажных работ:

Срае — 2*5* 120*8 + 240 *5*8 = 19200 руб.

Стоимость работы по монтажу и настройке установки: 19200 руб.

В итоге получаем себестоимость установки, с учетом оплаты работы по монтажу и настройке:

С =СЯП^„+Срай= 179428 + 19200 = 193628 руб.

Оценка выработки электроэнергии установкой

По имеющимся в МЭИ (ТУ) данным подобная установка, работающая по адресу Мневники, 10 к.3 стр.1 имеет следующие показания по выработке:

31 = 3436 кВт * ч за период работы с 24.01.10 по 24.09.10.

Следовательно, за год такая установка вырабатывает

3436 ^ ^

32 =-— = 5154 кВт * ч

0.6(6)

С учетом стоимости 1 кВт*ч в г. Москва, а она равна 3 руб. 40 коп.можем посчитать, какую выработку мы получим в переводе на денежный эквивалент

32 = 5154 * 3.40 = 17523 руб.

Срок окупаемости установки

По полученным данным по себестоимости и выработке мы можем посчитать срок окупаемости УРД: £ = = = 11.3 лет

17523

Опенка стоимости ремонта системы отопления жилого дома после аварии

Работа генератора в СРД в системе отопления жилого дома подразумевает под собой как работу его параллельно с сетью, так и на зарядку аккумулятора. В свою очередь электрическая энергия батареи может быть использована для прогона жидкости в системе отопления жилого дома в случае отключения электроэнергии, предотвращая таким образом нарушение целостности системы отопления в зимнее время года. Известно, что ремонт замерзших систем отопления жилого дома очень дорог и оценивается сотнями тысяч рублей. При стоимости одной батареи в бОООруб, замена радиаторов в 5-ти этажном 30 квартирном доме обойдется более чем в 400 тыс.руб. Таким образом, вопрос, о возможности питания аварийного насоса, является весьма актуальным.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акт о внедрения результатов диссертационного исследования

У13ЕРЖДЛЮ Генеральный директор ЗАО «ОПТИМА»

/ - / Парыгин А.Г.

«ч*'' V/

« Л » 2012 г.

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы: Иванова Александра Сергеевича

>тка системы рекуперации энергии: на базе асинхронного генератора»

Комиссия' в составе председателя Павлова СЛ., членов комиссий: Хованова ГЛ., Лагутиной Н.К., Бодровой Ю.В.

составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Иванова Александра Сергеевича по теме «Разработка системы рекуперации энергии: на базе асинхронного генератора»/представленной на соискание ученой стецени кандидата технических: наук, исцш1Ъзованы в деятельности ЗАО «ОПТИМА» при создании энергосберегающих рекупсраиионных установок (ЭРУ) в виде:

1) технических предложений по выполнению конструктивных схем ЭРУ;

2) эксйериментальнььч данных но исследованию оптимальной скорости включения асинхронного генератора в сеть;

3) математической модели асинхронной машины, написаеной на языке Mailab.

Использование указанных результатов работы Иванова A.C. в реализованных ЭРУ позволило повысить эффективность систем теплоснабжения:

- экономить электроэнергию на собственные нужды, в: частности для центральных тепловых пунктов (ЦШ) систем теплоснабжения до 30 %;

- снизить эксплуатационные расходы на ремонт оборудования основных технологических циклов за счёт попутного улучшения; условий эксплуатации;

- уменьшить не менее чем в 3 раза затраты на проведение ремонтных работ на тепловом пункте;

- использовать ЭРУ в качестве аварийного источника электроэнергии на тепловых пунктах.

Результаты работы Иванова A.C. использованы ЗАО "ОПТИМА":

1) в учебно-экспериментальной установке "Рекуперация избыточного давления теплоносителя в электрическую энергию" на тепловом пункте НИУ "МЭИ" (г, Москва, ул. Красноказарменная, дом 13, корд. С), созданной в 2007...2008 г,г. по заказу НИУ "МЭЙ" при реализации федеральной инновационной образовательной программы: и модернизированной в 2:011 г,;

2) в установке СРД-1РА на тепловом пункте №0704/002 (г. Москва, Кутузовский пр-т, д. 22), созданной: в 2009 году ш заказу МГУП ЭВ АЖД;

3) в лабораторной рекуперацйонной установке ЗАО 'ЮПТИМА'', предназначенной для апробации алгоритмов управления ЭРУ и созданной в 2009...20Ш г.г. при выполнений НИР «Разработка систем эффективного использования избыточного магистрального давления при транспортировке теплоносителя и воды в системен тепло- и водоснабжения» по заказу Минобрнауки (государственный контракт № 02.516.12.6024 от 18,06.2069).;

4} в конструкциях ЭРУ, разрабатьгвдемых в процессе выполнении ОКР «Разработка типового ряда опыт но- про мы шл ег-5 ны х энергосберегающих установок для эффективного использования: энергии избыточного магистрального давления в системах центрального тепло- и водоснабжения» по заказу Минобрнауки (государственный контракт М 16.526.12,6003 от 10.Q5.2011),

Председатель комиссии Павлов: С.П.

члены комиссии

Хованов ГЛ

Лагутина Н.К,