Підвищення ефективності експлуатації синхронних двигунів компресорних станцій локомотивних та вагонних депо - Автореферат

Дисертаційна робота виконана на кафедрі електротехніки та електричних машин Української державної академії залізничного транспорту відповідно до планів науково-дослідних робіт академії, що проводяться в рамках галузевих програм у наукових напрямах Міністерства транспорту та звязку України за замовленням Державної адміністрації залізничного транспорту України за темою “Дослідження та розробка адаптивної системи контролю та обліку споживання електроенергії компресорною станцією депо ”(ДР № 0103U002529). Методи дослідження - обґрунтування основних принципів побудови методів керування регульованими приводами компресорів базується на теорії електричних машин, електротехніки, електричних кіл та статистичної радіотехніки; синтез пристроїв автоматичного регулювання синхронних двигунів - на теорії автоматичного регулювання та моделювання складних систем; методи оцінювання похибки реалізації та збіжності ітеративних алгоритмів регулювання запропонованих засобів керування - на теорії цифрових фільтрів, методах оптимізації. Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в подальшому підвищенні ефективності експлуатації синхронних двигунів компресорних станцій локомотивних та вагонних депо шляхом оптимізації режимів їх роботи, а саме: - подальший розвиток теоретичних основ дослідження процесів керування регульованими приводами компресорів дозволив розрахувати точність відпрацьовування різниці фаз напруги і струму фази синхронних двигунів при використанні в якості вхідних даних вимірювань активної і реактивної потужностей; удосконалені методи оцінювання похибки реалізації та збіжності ітеративних алгоритмів регулювання дозволили оцінити динаміку процесу на компютерній моделі та підтвердили стійкість і високу швидкість збіжності регулятора, навіть при значних перепадах регульованого параметра ; У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належать: - аналіз існуючих систем енергопостачання та існуючих обєктів споживання електроенергії на залізничному транспорті [1]; особливості залізничних споживачів як електричних навантажень з погляду теорії електричних кіл [2]; пропонуються основні принципи побудови адаптивної системи контролю й обліку споживаної енергії [3]; на основі теорії цифрових фільтрів та прикладного нелінійного програмування проведені дослідження збіжності ітеративних алгоритмів регулювання коефіцієнта потужності синхронних двигунів [4]; розробка структурної схеми системи обліку кількості і вартості споживання електричної енергії залізницями [7].Виконаний аналіз шляхів енергозбереження на залізничному транспорті, що показав високу динаміку обєктів енергоспоживання і різноманітність вимог до них по кількості та якості споживної електроенергії, дозволив встановити необхідність вирішення задачі керування процесом енергоспоживання та створення і впровадження автоматизованих або повністю автоматичних пристроїв керування енергоспоживаючими обєктами. Це дало можливість визначити практичні шляхи підвищення ефективності експлуатації синхронних двигунів компресорних станцій локомотивних та вагонних депо, що здатні в реальному масштабі часу адаптуватися до змін у їх навантаженні, а також до поточної ситуації в живильній електромережі. Виходячи з аналізу прикладних проблем енергоефективності, якісних характеристик структури та алгоритмів її функціонування, встановлено, що система ефективного використання синхронних двигунів компресорної станції повинна відноситися до класу систем управління по замкнутому контуру з виміром значення керованої величини і дискретними алгоритмами оптимального управління та пошуку екстремуму показника якості. На підставі розробленої математичної моделі регульованого привода компресора визначені числові характеристики похибки регулювання кута і коефіцієнта потужності та встановлено, що у широкому діапазоні величин кутів і похибка регулювання по вимірюваннях потужності двигунів менша, ніж похибка регулювання по вимірюваннях струму.

Загальна характеристика роботи

У дисертаційній роботі вирішена важлива наукова задача підвищення ефективності експлуатації синхронних двигунів компресорних станцій локомотивних та вагонних депо шляхом оптимізації режимів їх роботи. При цьому отримані такі результати: 1. Виконаний аналіз шляхів енергозбереження на залізничному транспорті, що показав високу динаміку обєктів енергоспоживання і різноманітність вимог до них по кількості та якості споживної електроенергії, дозволив встановити необхідність вирішення задачі керування процесом енергоспоживання та створення і впровадження автоматизованих або повністю автоматичних пристроїв керування енергоспоживаючими обєктами. Це дало можливість визначити практичні шляхи підвищення ефективності експлуатації синхронних двигунів компресорних станцій локомотивних та вагонних депо, що здатні в реальному масштабі часу адаптуватися до змін у їх навантаженні, а також до поточної ситуації в живильній електромережі.

2. Виходячи з аналізу прикладних проблем енергоефективності, якісних характеристик структури та алгоритмів її функціонування, встановлено, що система ефективного використання синхронних двигунів компресорної станції повинна відноситися до класу систем управління по замкнутому контуру з виміром значення керованої величини і дискретними алгоритмами оптимального управління та пошуку екстремуму показника якості.

3. На підставі подальшого розвитку теоретичних основ дослідження процесів керування приводами компресорів науково обґрунтовані основні принципи побудови методів їх регулювання та розрахована точність відпрацьовування різниці фаз напруги і струму синхронних двигунів при використанні в якості вхідних даних вимірювань активної і реактивної потужностей.

4. На підставі розробленої математичної моделі регульованого привода компресора визначені числові характеристики похибки регулювання кута і коефіцієнта потужності та встановлено, що у широкому діапазоні величин кутів і похибка регулювання по вимірюваннях потужності двигунів менша, ніж похибка регулювання по вимірюваннях струму.

5. Запропоновані методи оцінювання похибки реалізації та збіжності ітеративних алгоритмів регулювання дозволили встановити, що при регулюванні синхронного двигуна на установлення заданої величини кута по вимірюваннях споживаного струму статора процес регулювання носить коливальний характер, а похибка регулювання зменшується до одного відсотка від заданої величини ( ) при - на 22-му кроці, при - на 15-му кроці і при - на 10-му кроці. В той же час у регуляторі на задані величини і при , вже починаючи з четвертого кроку регулювання, відносна похибка установлення величин і складає менш 0,1%. При цьому процес установлення не коливальний, а аперіодичний.

6. Шляхом теоретичного обґрунтування встановлено асимптотичне поводження ітеративної процедури регулювання приводом компресора, що дозволило підтвердити стійкість і високу швидкість збіжності синтезованого регулятора навіть при великих перепадах регульованого параметра .

7. Удосконалена математична модель роботи регульованого привода компресора дозволила провести синтез алгоритмів роботи та реалізацію автоматичного регулятора у термінах вхідних впливів і вихідних реакцій, що дало змогу підвищити ефективність експлуатації синхронних двигунів компресорних станцій шляхом оптимізації режимів їх роботи на (8-12) %. Розрахунковий економічний ефект, очікуваний при впровадженні запропонованих методів підвищення ефективності експлуатації синхронних двигунів у вагонному депо ст. Основа Південної залізниці в період з 2004 по 2009 рр., складає 668,7 тис. грн у цінах 2004р.

1. Бабаєв М.М., Давиденко М.Г., Зубко А.П. Залізничний транспорт як обєкт електропостачання// Зб. наук. праць. - Харків: УКРДАЗТ, 2002. - Вип. 49. - С. 5-12.

2. Бабаев М.М., Соболев Ю.В., Зубко А.П. Особенности потребления электрической энергии на железнодорожном транспорте// Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2002. - № 4,5. - С. 114-116.

3. Бабаєв М.М., Блиндюк В.С., Кошевий С.В., Зубко А.П. Система енергозбереження споживаної електроенергії // Залізничний транспорт України. - 2004. - № 3. - С. 20-21.

4. Бабаев М.М., Зубко А.П. Исследование алгоритмов регулирования коэффициента мощности синхронных двигателей // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2004. - № 4,5. - С. 123-126.

5. Зубко А.П. Агрегативная модель регулируемого синхронного двигателя // Зб. наук. праць. - Харків: УКРДАЗТ, 2004. - Вип. 58. - С. 125-130.

6. Зубко А.П. Алгоритм цифрового моделирования синхронного электродвигателя с автоматически регулируемым коэффициентом мощности // Залізничний транспорт України. - 2004. - № 5. - С. 24-26.

7. Декл. пат. 37884 А Україна, МПК G 01D 4/00, G 01R 11/56. Компютерна система обліку кількості і вартості споживання електричної енергії залізницями: Пат. 37884 А Україна, МПК G 01D 4/00, G 01R 11/56/ І.В. Анохов, А.П. Зубко, В.Г. Мішечкін, І.В. Малишко, Б.М. Березовський, В.Г. Домбровська, О.І. Стасюк (Україна). - №2000042435; Заявл.27.04.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4. - 8 c.; іл. 1.

8. Декл. пат. 32395 А Україна, МПК G 06F 17/60. Компютерна система реєстрації аварійних режимів на тягових електричних підстанціях залізниць: Пат. 32395 А Україна, МПК G 06F 17/60/ І.В. Анохов, В.Г. Мішечкін, А.П. Зубко, Б.С. Стогній, М.Ф. Сопель, О.І. Стасюк (Україна). - № 99126716; Заявл. 10.12.1999; Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7-ІІ. - 10 с.; іл. 8.