книги / Математическое моделирование газотурбинных мини-электростанций и мини-энергосистем

УДК 621.31 U В49

Рецензенты:

заведующий кафедрой электротехники и электромеханики, академик АЭН, доктор техн. наук, профессор Н.В. Шулаков (Пермский государственный технический университет);

заведующий кафедрой электротехники и электротехнологических систем, доктор техн. наук,

профессор Ф.Н. Сарапулов

(Уральский государственный технический университет - УПИ)

Винокур, В.М.

В49 Математическое моделирование газотурбинных мини-элекгростанций и мини-энергосистем: моногр. / В.М. Винокур, Б.В. Кавалеров, А.Б. Петроченков, МЛ. Сапунков. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010.-299 с.

ISBN 978-5-398-00396-3

Представлена методика математического моделирова­ ния газотурбинных мини-электростанций. Рассмотрены воз­ можности развития предложенной методики с целью созда­ ния средств автоматизации управления жизненным циклом электротехнического оборудования.

Предназначено для инженерно-технических работни­ ков, занимающихся разработкой и эксплуатацией мини­ электростанций и мини-энергосисгем, а также для студентов вузов, изучающих электроснабжение, математическое моде­ лирование электроэнергетических систем, газотурбинные энергетические установки.

УДК 621.311.1

ISBN 978-5-398-00396-3 ©ГОУВПО

«Пермский государственный технический университет», 2010

3.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТРУКТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

5.ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ПТ - газотурбогенератор

ПД - газотурбинный двигатель

ПУ - газотурбинная установка

Л- линия

УРОВ -устройства резервирования при отказе выключа­

В настоящее время предприятия отечественного авиаци­ онного двигателестроения, решая задачи конверсии и дивер­ сификации производства, уделяют значительное и всевозрас­ тающее внимание разработке газотурбинных установок (ГТУ) наземного применения. В частности, только для нужд электроэнергетики на предприятиях Российской Федерации сегодня разрабатывается и эксплуатируется до 20 типоразме­ ров малых ГТУ мощностью от 1 до 25 МВт [84]. Новые резко отличающиеся от полетных условия функционирования ГТУ предъявляют повышенные и достаточно специфические тре­ бования к их системам автоматического управления (САУ), которые, тем не менее, до настоящего времени в основном продолжают строиться на базе чисто авиационных прототи­ пов и без учета особенностей и характеристик электрической части электростанции и локальной электроэнергетической системы (ЭЭС) в целом. Как результат, снижается эффектив­ ность принимаемых на этапах проектирования решений, что, в свою очередь, приводит к серьезным препятствиям в обес­ печении удовлетворительных эксплуатационных характери­ стик газотурбинных электростанций и формируемых на их основе ЭЭС. Для решения указанной проблемы необходимы универсальные математические модели, позволяющие совме­ стно моделировать механическую и электрическую части электростанции и ЭЭС.

В монографии представлена методика математического моделирования газотурбинных мини-электростанций (элек­ тростанций мощностью от 1 до 25 МВт, создаваемых на базе газотурбинных авиационных двигателей). Показана целесо­ образность создания сложных математических моделей с ие­ рархической гибкой структурой, воспроизводящих процессы не только в мини-электростанции, но и в ЭЭС в целом. При этом рассматриваются локальные низковольтные ЭЭС огра-

ниченной мощности, далее называемые мини-энергосис­ темами (мини-ЭЭС). В зарубежной терминологии им соот­ ветствуют низковольтные (LV - low voltage) или промыш­ ленные системы электроснабжения [179].

В работе на основе разработанного алгоритмического аппарата обсуждаются принципы реализации многофунк­ циональных программно-моделирующих комплексов для анализа поведения мини-ЭЭС различного назначения. Также рассмотрены возможности дальнейшего развития предло­ женной методики до уровня создания средств автоматизации управления жизненным циклом электротехнического обору­ дования.

В главе 1 анализируются особенности эксплуатации авиационных газотурбинных установок (ГТУ) в наземных условиях, прежде всего для привода электрогенераторов, и принципы построения на их основе передвижных и стацио­ нарных мини-электростанций. С этой целью представлены основные характеристики и принципы построения мини­ электростанций, а также требования к их главным подсисте­ мам. Исследуется влияние на режимы работы ГТУ основных элементов составляющих мини-ЭЭС.

В главе 2 представлены алгоритмы математического мо­ делирования основных структурных элементов мини-ЭЭС

сГТУ. Исследованы возможности их использования при ма­ тематическом моделировании мини-ЭЭС.

Вглаве 3 рассматривается решение вопросов, связанных

собъединением математических моделей отдельных элемен­ тов в систему для их совместного функционирования, рассматриваются общие принципы и особенности моделиро­ вания мини-ЭЭС как сложного объекта, разрабатывается ал­ горитм взаимодействия элементов, нацеленный на автомати­ зацию процессов сборки и управления моделью мини-ЭЭС.

Вглаве 4 обсуждаются вопросы автоматизации расчета основных видов репейной защиты мини-ЭЭС. Представлены

алгоритмы анализа и выбора режимов функционирования мини-энергосистем в концепции построения единого про­ граммно-технического комплекса.

Глава 5 посвящена основным принципам реализации программных комплексов по моделированию мини-ЭЭС. В качестве примера исследуются режимы работы системы электроснабжения предприятия ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефте- оргсинтез» (г. Пермь).

В главе 6 рассмотрены задачи автоматизации управле­ ния жизненным циклом электротехнического оборудования.

Методологическую и теоретическую основу данной ра­ боты составили научные труды отечественных и зарубежных авторов.

При рассмотрении вопросов математического модели­ рования мини-ЭЭС использованы труды Д.А. Аветисяна, В.А. Веникова, Л.П. Веретенникова, А.А. Горева, В.В. Жуко­ ва, К.К. Кетнера, И.В. Копылова, А.Н. Лебедева, Г.А. Сипайлова, И.И. Трещева, С.А. Ульянова.

Особенности физических процессов в ГТУ проанализи­ рованы с помощью работ А.П. Алексеева, А.М. Ахмедзянова, И.И. Кириллова, Г.Г. Ольховского, А.А. Шевякова.

Данная работа выполнена на основе результатов много­ летних исследований, проводимых на кафедре микропроцес­ сорных средств автоматизации Пермского государственного технического университета.

Монография предназначена для инженерно-техниче­ ских работников, занимающихся разработкой и эксплуатаци­ ей мини-электростанций и мини-энергосистем, она также бу­ дет полезна студентам вузов, изучающим электроснабжение, математическое моделирование ЭЭС, газотурбинные энерге­ тические установки.

Авторы считают своим долгом посвятить настоящую работу памяти доктора технических наук, профессора, за­ служенного деятеля высшей школы, члена-корреспондента

АЭН, много лет заведовавшего кафедрой микропроцессор­ ных средств автоматизации, проректора Пермского государ­ ственного технического университета Вадима Мотельича Винокура (1945-2006), который, по сути, заставил авторов взяться за написание данной монографии и сформулировал ее основные задачи.