CC BY
188
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.311.001.57:681.51
Б. В. Кавалеров, А. В. Ромодин
МИНИ-ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА БАЗЕ КОНВЕРТИРОВАННЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ: ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ САУ ГТУ
Обсуждена методика испытаний и настройки систем автоматического управления газотурбинных установок, предназначенных для электроэнергетики. Методика основана на использовании математической модели энергосистемы для проведения модельных и полунатурных испытаний и настройки систем управления.
Ключевые слова: системы автоматического управления, газотурбинные установки, электроэнергетические системы.
B. V. Kavalerov, A. V. Romodin
Mini electric power stations on the base of converted aircraft engine autopilot system of gas turbine plant
There is discussed the technique of tests and adjustment of control systems of gas-turbine units intended for power systems. The technique is based on using of mathematical model of power system for carrying out of modelling and seminatural tests and adjustment of control systems.
Key words: control systems, gas-turbine units, power systems.
Хорошо известно, что газотурбинные авиационные установки (ГТУ) обладают целым комплексом свойств, которые обеспечивают возможность их широкого применения в наземных установках в качестве привода электрогенераторов. Существуют, вместе с тем, и определенные проблемы. Как отмечается в [1], отечественная промышленность в области создания энергетических ГТУ пока отстает от мирового уровня, и, более того, наши ГТУ обладают в настоящее время существенно худшими показателями по сравнению с зарубежными. Несмотря на то, что в нашей стране сегодня разрабатывается и эксплуатируется примерно 20 типоразмеров малых ГТУ от 1 до 25 МВт [2], внедрение отечественных мини-электростанций идет
КАВАЛЕРОВ Борис Владимирович — к. т. н., доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета.
E-mail: [email protected]
РОМОДИН Александр Вячеславович — к. т. н., доцент кафедры микропроцессорных средств Пермского национального исследовательского политехнического университета.
E-mail: [email protected]
в целом невысокими темпами. Так, одна из первых в России муниципальная ГТУ-электростанция «Шигили» полностью на российском оборудовании была построена лишь в 2000 г. (электрическая мощность 4 МВт, тепловая - 7,6 Гкал/час). Тем временем на российской территории активно внедряются многочисленные импортные разработки, например, надежные автономные газотурбинные установки - электростанции Turbomach, Siemens, Alstom и др. Экологически чистые модульные станции названных фирм уже на протяжении ряда лет работают в различных отраслях отечественной промышленности. Станции размещены во многих регионах России и СНГ, при этом они успешно служат нашим нефтяникам и газодобытчикам - утилизируют, перерабатывают попутный нефтяной газ. К примеру, на сайте компании «Новая генерация» (http://www.manbw. ru/analitycs/) отмечается, что неприхотливые и надежные газотурбинные установки Turbomach - Solar Turbines отлично зарекомендовали себя на нефтяных промыслах ОАО «ЛУКОЙЛ», ТНК-ВР и газовых месторождениях ОАО «Газпром». Они успешно вытеснили в ряде проектов отечественного товаропроизводителя. Положительный момент ситуации состоит в том, что это заставляет наших разработчиков проводить активную политику по совершенствованию характеристик своих изделий. Так,
длительное время проблемой был ограниченный ресурс российских ГТУ. К настоящему времени эта проблема практически снята, но остаются другие проблемы.
В настоящее время на очереди стоит задача существенного повышения характеристик вырабатываемой электроэнергии. И здесь наши разработчики не должны медлить. В условиях жесткой конкуренции (на российском рынке) им необходимо в краткие сроки добиться повышения эксплуатационных характеристик энергетических ГТУ, в том числе повышения качества вырабатываемой электроэнергии. Разумеется, для обоснования новых разработок в этой области необходимы научные исследования. А для того, чтобы осуществить серьезные проекты, потребуется объединить ресурсы поставщиков, потребителей, научно-исследовательских организаций, а также помощь со стороны государства.
Корни проблемной ситуации во многом обусловлены физическими принципами работы конвертированной авиационной двухвальной ГТУ. Она обеспечивает высокий КПД при работе на частичных нагрузках, однако отсутствие жесткой механической связи между валами компрессора и свободной турбины (между которыми имеется только газовая связь) делает ее достаточно инерционной и затрудняет управление, что особенно сильно сказывается при резких изменениях режима. С другой стороны, в составе мини-электростанции условия работы авиационных ГТУ существенно отличаются от полетных условий. Основной специфической особенностью здесь является быстротечность явлений. Соответственно, средства управления должны успевать реагировать на резкие изменения режима электроснабжения. Для этого они должны своевременно получать информацию о состоянии электроэнергетической системы (ЭЭС), в составе которой работает газотурбинная электростанция. В свою очередь ЭЭС, даже если она является автономной энергосистемой малой мощности, является сложной системой. Сложность обусловлена большим числом разнообразных структурных элементов, различными конфигурациями структуры, многообразием режимов работы, а также постоянными изменениями в составе элементов, в конфигурации и режимах работы в ходе нормальной эксплуатации, в аварийных, предаварийных и послеаварийных режимах. В целом сложность достижения высоких эксплуатационных характеристик мини-электростанций может быть объяснена двумя группами причин: во-первых, свойствами ГТУ как привода электрогенератора и, соответственно, новыми требованиями к ГТУ со стороны ЭЭС; и, во-вторых, свойствами ЭЭС, которые обуславливают новые условия для работы ГТУ. В связи с этим известны различные попытки приспособить ГТУ для стабильной работы в ЭЭС за счет применения добавочных устройств, как заведомо неэкономичных (поле сопротивлений, отъем избытков мощности), так и считающихся более
перспективными (маховик, отъем и последующий возврат мощности). Тем не менее, эти способы следует признать в целом достаточно неэффективными, поскольку помимо прочего они требуют разработки и внедрения добавочных устройств, ухудшающих массогабаритные показатели мини-электростанций. Вместе с тем исследования и оценки экспертов показывают, что подойти к комплексному решению проблемы согласования характеристик ГТУ и ЭЭС возможно, прежде всего, за счет совершенствования систем автоматического управления (САУ) ГТУ, потенциал которых остается в значительной степени недоиспользованным.
Следует отметить, что проблема недоиспользования возможностей САУ является в целом довольно типичной, и не только в сфере энергетики. Проведенные фирмой Honeywell исследования качества работы 100 тыс. контуров регулирования, находящихся в эксплуатации не менее пяти лет на 350 предприятиях в различных отраслях промышленного производства, выявили низкое качество работы систем регулирования [3]. Выяснилось, что на различных предприятиях от 49% до 63% контуров работают со «слабыми» (приближенными к размыканию контура) настройками. В эту группу включены как контуры, настройки которых «ослаблены» для обеспечения работы контура при изменении режима работы объекта (например, нагрузки), так и контуры с необоснованно «ослабленными» настройками (т. е. по существу регуляторы отключены, контур почти разомкнут). В среднем примерно треть контуров работает с нормальными настройками, треть - с «ослабленными», треть - практически разомкнуты «слабыми» настройками. По мнению экспертов по наладке систем регулирования, причины низкого качества их эксплуатации заключаются в том, что настройка каждого контура существенно зависит от характеристик других контуров, в том числе от параметров настройки регуляторов в них, поэтому настройка таких систем
- очень сложная задача.
В самом деле, при проектировании САУ энергетических ГТУ не учитывается или учитывается приближенно САУ электрогенераторов и электроэнергетическая система в целом. Более того, САУ ГТУ продолжают строиться главным образом на основе прежних авиационных прототипов. САУ ГТУ и САУ синхронных генераторов проектируются раздельно, и согласование их характеристик происходит лишь на завершающих стадиях разработки мини-электростанции. В то же время жесткие требования к показателям качества вырабатываемой энергии (напряжение, частота, характеристики надежности) вызывают необходимость внесения существенных и принципиальных модификаций в существующие авиационные прототипы. При этом проблема усугубляется тем, что энергетические ГТУ функционируют в составе сложной ЭЭС. В
составе мини-электростанции отдельные ГТУ работают параллельно между собой (до 8 и более энергоблоков), и при этом они должны обеспечивать различные режимы работы: автономный, параллельный, на мощную сеть, с преобладанием разнородной по составу электрической нагрузки и др. Все эти вопросы необходимо учитывать при проектировании САУ и последующей ее отладке и настройке.
Таким образом, решение проблемы повышения качества электроэнергии следует искать в проведении комплексных модельных и полунатурных испытаний проектируемых САУ энергетическими ГТУ с учетом ЭЭС, для работы в которой она предназначена. Для этого необходимо разработать многофункциональную модель ЭЭС. Существующие требования испытаний являются достаточно жесткими [4], однако нельзя считать их исчерпывающими. Испытания в динамике в настоящее время проводятся при сбросах-набросах нагрузки со стороны электрогенератора, что не учитывает все многообразие возможных режимов ЭЭС. В связи с этим при проектировании и испытаниях САУ для учета основных режимов работы цифровую модель ГТУ целесообразно дополнить цифровой моделью ЭЭС. Этого требует новая специфика работы ГТУ в качестве привода электрогенератора, поскольку в этом случает САУ ГТУ управляет режимами ЭЭС.
Процесс испытания САУ связан, прежде всего, с испытанием алгоритмов управления. Известно, что наибольшие усилия по повышению надежности алгоритмического обеспечения затрачиваются на этапе отладки, а в общем времени разработки отладка занимает 50-90%. Таким образом, наиболее эффективный, а иногда и единственный реальный путь повышения надежности функционирования САУ, а также снижения затрат на разработку и внедрение состоит в совершенствовании средств и методов испытания создаваемой системы на основе математического моделирования [5].
На заключительной стадии сборки САУ проверяются правильность стыковки элементов и блоков, согласованность входных и выходных параметров взаимодействующих узлов, отсутствие различных видов нарушений, препятствующих процессу обмена информации внутри систем и т. д. Однако такая проверка при всей ее необходимости недостаточна, ибо может не обеспечить правильность выполнения основных функций системы - решения заданных задач управления. Полная проверка системы с получением не только качественных, но и количественных оценок не может быть выполнена без ее взаимодействия с внешней средой, т. е. прежде всего с объектом управления или с его моделью.
С другой стороны, как отмечается в [6], энергетические объекты ввиду сложности и ответственности назначения, как правило, не допускают проведения полного набора натурных экспериментов, необходимых для испытания
Этап 1
1
Этап 2
Этап 3
\
Этап 4
4
Этап 5
4
Этап 6
4
Этап 7
Нет
-<С^^Качество?^~>-
—№
Этап 8
I
Этап 9
Рис. 1. Процесс создания САУ сложными объектами
управляющей системы. Ограниченные же натурные эксперименты не позволяют с нужной достоверностью оценить функционирование САУ и к тому же требуют значительных затрат времени и материальных ресурсов, т. е. весьма трудоемки.
На рис. 1 приведены основные этапы создания САУ
[7].
Этап 1. Формулировка цели управления, выбор управляемых переменных и формулировка требований к ним.
Этап 2. Выбор структуры САУ, места включения корректирующих устройств.
Этап 3. Построение математических моделей функционально необходимых элементов.
Этап 4. Выбор эталонной переходной характеристики.
Этап 5. Выбор и обоснование структуры корректирующих устройств.
Этап 6. Расчет численных значений параметров корректирующих устройств.
Этап 7. Исследование синтезированной САУ с точки зрения выполнения ею цели управления.
Этап 8. Моделирование САУ.
Этап 9. Формирование технического задания, предварительное эскизное, техническое проектирование и испытание соответственно макетов, экспериментальных и опытных образцов, запуск серийного производства.
На каждом из этапов используются математические модели, но функции и характер их различны. На
этапах 1-7 используются упрощенные математические модели, что позволяет привлечь хорошо разработанный математический аппарат и получить при принятых допущениях точное решение, которое можно использовать как базовое при реализации следующих этапов создания САУ. В то же время на этапе 8 используется полное моделирование проектируемой САУ на наиболее функционально полной математической модели с учетом нелинейностей, переменности состава структурных элементов и их параметров, неоднозначности конфигурации и др.; оно является основным инструментом проектирования САУ на этапе, предшествующем аппаратной реализации САУ. На этапе 9 также проводятся испытания, но уже после аппаратной реализации: испытание макетов, экспериментальных и опытных образцов. Здесь требуется исследование натурной САУ также на всех характерных режимах. Следовательно, общими для 8 и 9 этапов являются условия испытаний. В связи с этим предлагается использовать цифровую модель ЭЭС, как для этапа модельных испытаний (этап 8: разрабатываемые алгоритмы управления САУ), так и для полунатурных испытаний (этап 9: экспериментальные и опытные образцы САУ при аппаратной реализации), которые можно объединить в рамках комплексного испытательного стенда для полунатурных и модельных испытаний САУ (рис. 2).
*■
Проектирование САУ +■ '
I =
Испытание алгоритмов
Аппаратная
реализация
Испытание образца
Запуск производства
Рис. 2. Алгоритм комплексного испытательного стенда
Как отмечает G. Fusco [8], возможности компьютерной модели представляют одновременно низкозатратный, безопасный и быстровыполнимый инструмент анализа, а также эффективный инструмент компьютерной поддержки (computer-aided) разработки схем САУ. При этом полунатурные и модельные испытания итеративно дополняют друг друга в рамках объединенного комплексного стенда для модельных и полунатурных испытаний САУ ГТУ.
Испытания САУ как на уровне алгоритмов, так и натурных образцов предполагает одновременную настройку САУ. Под настройкой понимается подбор параметров конкретного типа САУ для удовлетворения заданным показателям качества вырабатываемой электроэнергии. Вслед за этим следует новое испытание. После чего принимается решение о дальнейших шагах. Таким образом, следует говорить не только об испытаниях САУ, но и об одновременной настройке САУ в ходе испытаний. Процесс испытаний и настройки целесообразно рассматривать в их единстве, как комплексную итерационную процедуру. Следовательно, комплексный испытательный стенд также должен обладать функциями, обеспечивающими настройку САУ в ходе испытаний.
Функции настройки целесообразно распределить между испытаниями алгоритмов САУ, испытаниями натурных образцов САУ и эксплуатацией САУ на реальной мини-электростанции, которые проходят 4 стадии.
1. На этапах формирования технического задания, технического и рабочего проектирования сначала испытываются на компьютерной модели ЭЭС возможные варианты информационных структур САУ, алгоритмов САУ и программных реализаций [7]. Здесь формируются и проверяются алгоритмы управления в общем виде, при этом численные значения настроенных параметров должны уточняться на последующих стадиях.
2. Затем определяется информационное и техническое обеспечение, достаточное для реализации каждого варианта, выполняется натурная реализация САУ на базе выбранного программируемого логического контроллера (ПЛК), и производятся полунатурные испытания на той же компьютерной модели ЭЭС. Проверяется правильность реализации сравнением результатов испытаний компьютерной модели САУ и натурной САУ, устраняются допущенные ошибки, выполняется дополнительная подстройка параметров.
3. На стадиях ввода (внедрения) мини-эле ктростан-ции в действие с помощью технических средств и программ, имеющихся в составе алгоритмического обеспечения САУ, осуществляется дополнительная оптимизация принятых вариантов решений и выбор из них наилучшего.
4. На стадии анализа функционирования мини-
электростанции проводится всестороннее изучение системы с целью [9]:
а) конкретизировать методологию автоматизированной оптимизации настройки применительно к данному объекту и выдачи рекомендаций эксплуатационному персоналу по ее реализации;
б) выявить пути возможного совершенствования системы;
в) пополнить банк данных САПР САУ для математических моделей объектов и оптимальных решений по выбору систем управления для использования в будущем.
Таким образом, следует говорить о сопровождении САУ мини-электростанций на протяжении этапов их жизненного цикла (рис. 3), о накоплении эксплуатационной информации с целью совершенствования характеристик создаваемых и уже созданных миниэлектростанций. В связи с этим следует считать целесообразным применять инструментарий CALS-технологий при проектировании, испытаниях и эксплуатации САУ мини-электростанций на протяжении их жизненного цикла [10].
Предложенная методология испытания и настройки САУ на протяжении их жизненного цикла в полном объеме может быть использована для САУ, построенных на базе ПЛК, поскольку в таких системах имеется возможность:
а) безболезненного и практически любого изменения алгоритмов и структуры управления непосредственно в процессе пуска САУ на действующем объекте;
б) включения в их состав специального математического обеспечения программ идентификации и оптимизации с организацией диалогового режима с наладочным персоналом.
Комплексный непитательный стснд
Модельные испытания
Банк данных Испытания САУ Модель ГТУ
при Модель ЭЭС
алгоритмизации
Полунатурные испытания САУ
Ввод САУ в 4______________________
эксплуатацию і________
Реальная ГТУ -------------------Реальная ЭЭС
Эксплуатация
САУ
Рис. 3. Стадии настройки САУ на протяжении жизненного цикла ГТУ
При этом не следует считать, что для коррекции применяются только те преобразования, которые заложены в библиотеки типовых регуляторов ПЛК. Если стандартные регуляторы не позволяют осуществить те или иные законы регулирования, то нужно применять дополнительные преобразования [10].
Таким образом, на основе системного, динамического, структурно-функционального подхода, а также на различных принципах, определяющих эти подходы, предлагается концепция комплексного стенда для испытаний и настройки САУ ГТУ.
Данная системная концепция охватывает все основные этапы жизненного цикла САУ, объединяя их в единую систему. Преимущество комплексного подхода автоматизации испытания САУ состоит в том, что:
• во-первых, формирует не только единую концепцию построения и развития систем автоматизации испытаний, но и всего комплекса своих функциональных подсистем;
• во-вторых, характеризует принципиальные особенности построения и функционирования функциональных подсистем;
• в-третьих, позволяет выявить основные свойства проектируемого класса подсистем, формулируя с единых теоретических позиций задачи исследования, моделирования и управления;
• в-четвертых, служит основой для разработки новых алгоритмов адаптивного и координированного управления функциональными подсистемами автоматизации испытаний.
Как следует из структур, представленных на рис. 2 и 3, ключевой компонентой системы автоматизации испытаний САУ является математическая модель ЭЭС. Эта компонента является и наиболее функционально сложной ввиду многовариантности конфигураций, состава элементов и возможных возмущений режима в ЭЭС.
Широко применяемый в настоящее время метод моделирования ЭЭС при проведении испытаний САУ энергетических ГТУ критикуется справедливо. «Обычно система упрощается до одиночной машины, работающей на шины бесконечной мощности, и модель линеаризуется в окрестности рабочей точки, после чего синтезируются регуляторы. Но в реальности эти допущения не оправданы, когда система подвержена структурным изменениям, когда происходят большие изменения в нагрузке и короткие замыкания, все это приводит к изменению рабочей точки. Кроме того, в объединенной системе каждая машина испытывает влияния со стороны любых других элементов системы. Это делает допущение о представлении каждого генератора ЭЭС, как работающей на бесконечно мощные шины, нереальным» [11].
Для выбора методики моделирования ЭЭС рассмотрим примеры структурной организации существующих
Рис. 4. Варианты выполнения мини-электростанций на базе авиационных ГТУ
мини-электростанций на базе авиационных ГТУ (рис. 4).
Сосьвинская ГТЭС - электростанция изготовлена и поставлена ОАО “Авиадвигатель” и ЗАО “Искра-Авигаз” в рамках договора с ОАО “Газпром”. Шесть ГТЭС “Урал-2500” работают в простом цикле в базовом режиме в составе единой электростанции мощностью 15 МВт и обеспечивают электроэнергией компрессорные цеха, входящие в состав линейного управления ООО “Тюментрансгаз”. ГТЭС “Урал-2500” номинальной мощностью 2,5 МВт разработаны на базе ГТУ-2,5П производства ОАО “Пермский моторный завод”. Она имеет блочно-контейнерное исполнение.
Электростанция г. Агидель (Башкирия) -электростанция реализована на базе двух ГТЭС “Урал-4000”. Каждая ГТЭС серии “Урал” мощностью 4 МВт может обеспечить электроэнергией и теплом поселок с населением 7-8 тысяч человек.
Лукъявинская ГТЭС - в состав электростанции входят три энергоблока ЭГЭС-12С (разработчик - ОАО НПО “Искра”, изготовитель и поставщик - ЗАО “Искра-Энергетика”, г. Пермь), суммарная электрическая мощность составляет 36 МВт. Газотурбинная электростанция использует попутный нефтяной газ в качестве топлива и размещается в непосредственной близости от участков нефтедобычи.
Таким образом, математическая модель ЭЭС должна обладать гибкой структурой, она должна позволять настраивать себя для моделирования различных конфигураций ЭЭС и различных режимов работы. Исходя из поставленной задачи автоматизации испытаний сформулируем основные требования к компьютерной модели ЭЭС [12].
1. Мини-электростанция моделируется одновременно в составе нескольких энергоблоков для исследования взаимного влияния генераторов и систем автоматического управления при различных вариантах параллельной работы.
2. Мини-электростанция моделируется одновременно для трех основных режимов работы: автономная работа, параллельная работа и работа на мощную сеть.
3. Мини-электростанция моделируется совместно с ЭС, конфигурация и состав элементов которой может изменяться произвольным образом.
4. Одновременно моделируются не только статические, но и динамические режимы работы миниэлектростанций и ЭЭС, поскольку качество переходных процессов - наиболее проблемный элемент реализуемой системы электроснабжения.
Поскольку математическая модель сложной системы состоит из математических моделей элементов и математической модели взаимодействия между элементами, процесс создания математической модели ЭЭС состоит из двух этапов: создание моделей отдельных элементов и создание модели их взаимодействия.
Математические модели всех структурных элементов ЭЭС для удобства их последующего объединения представлены в виде векторно-матричного уравнения:
р1 = ± А и - В I - Н, (1)
где I, р1 - вектор токов и вектор производных токов элемента; и - вектор напряжений, приложенных между внешними зажимами элемента; А, В - матрицы, размерность которых зависит от системы координат, в которых моделируется структурный элемент, а также от того, полные это уравнения или упрощенные; Н - вектор, определяющий воздействие на элемент со стороны средств регулирования электрических параметров; р - символ дифференцирования; знак «-» означает, что структурный элемент является источником электрической мощности (генератором), знак «+»
- потребителем. Компоненты вектора Н, связанные с внешним воздействием на элемент, для пассивных элементов электрической системы нулевые, для синхронных машин меняются на каждом шаге расчета.
При реализации динамической модели уравнения
(1) решаются на каждом шаге расчета методом численного интегрирования относительно внешних токов структурного элемента. При этом для пассивных элементов выражение (1) содержит всю систему дифференциальных уравнений элемента. Для электрических машин уравнения (1) следует интегрировать совместно с уравнениями роторных контуров, уравнениями, описывающими механическое состояние элемента, и уравнениями, описывающими действие систем автоматического регулирования. Знаки при слагаемых уравнения (1) соответствуют нормальному направлению токов в электрических машинах (от генератора к узлу). Математическую модель для расчета установившегося режима получаем из уравнений (1), принимая р = 0. Системы дифференциальных уравнений элементов представлены в относительных единицах в системе вращающихся координат Парка-Г орева (в 4 q осях) с учетом общепринятых допущений.
Вслед за математическими моделями отдельных элементов разработана математическая модель взаимодействия структурных элементов в виде векторноматричного уравнения для определения узловых напряжений на каждом шаге расчета
М О М и = - М W - № I, (2)
где М - клеточная матрица структуры ЭЭС, клетками матрицы являются единичные, нулевые матрицы или матрицы преобразований координат; Мт -транспонированная матрица структуры; О - блочная матрица проводимостей ветвей (элементов), образующих систему; W - вектор, полученный из правых частей уравнений элементов в формуле (1); М - матрица, полученная дифференцированием по времени матрицы М, и - вектор искомых напряжений узлов.
Отметим, что матрица структуры М представляет собой обобщение матрицы инцидентности [13]. В случае скалярного представления переменных и отсутствия преобразования координат эти понятия тождественны.
Алгоритм моделирования следующий:
1) задаются параметры и начальные значения переменных всех элементов системы - генераторов и линии связи;
2) по уравнению (2) за один шаг рассчитывается вектор и - напряжения узлов ЭЭС;
3) решением дифференциальных уравнений элементов (1) определяются значения токов, угловых скоростей и других переменных на первом шаге расчета;
4) по вычисленным значениям токов по уравнению
(2) рассчитываются новые значения вектора И для следующего шага расчета;
5) процедура повторяется в течение заданного числа шагов.
Конфигурация моделируемой системы
электроснабжения модифицируется за счет внесения изменений в матрицу инцидентности M уравнения
(2), благодаря чему пользователь имеет возможность формировать различные конфигурации моделируемых ЭЭС.
Проверка адекватности выявила высокую точность модели, критерий несовпадения Тейла близок к нулю (S = 0,00904). У большинства известных моделей ЭЭС показатель как минимум на порядок больше.
Статья выполнена по результатам работ в рамках договора 13.G25.31.0009 между ОАО «ПРОТОН-Пермские моторы» и Минобрнауки РФ от 07. 09. 2010 об условиях предоставления и использования субсидии на реализацию комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского высшего учебного заведения.
Л и т е р а т у р а
1. Михайлов А., Агафонов А., Сайданов В. Малая энергетика России: классификация, задачи, применение // Новости электротехники. - № 5.(35). http: // www. news. elteh. ru/arh/2005/35/04.php.
2. Желокова М. З., Максимова И. Р. Прогноз мощностных показателей высокооборотных генераторов с предельной степенью использования для малой энергетики // Известия РАН. Энергетика. - 2008. - № 6. - С. 127-131.
3. Штейнберг Ш. Е., Сережин Л. П., Залуцкий И. Е., Варламов И. Г. Проблемы создания и эксплуатации эффективных систем регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. № 7. С. 1-7.
4. Типовые программы и методики проведения предварительных, приемочных и эксплуатационных испытаний электроагрегатов и электростанций с поршневым и газотурбинным при / Система нормативных документов в газовой промышленности, дата введения 03-01-2002.
5. Гласс Р. Руководство по надежному программированию. - М.: Финансы и статистика, 1982. - 256 с.
6. Верлань А. В., Галкин В. В. Имитация динамики энергетических объектов в системах испытания программных средств управления. - Киев: Наук. Думка, 1991. - 184 с.
7. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5 тт. Т 3: Синтез регуляторов систем автоматического управления / Под ред. К. А. Пупкова и Н. Д. Егупова. - М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. - 616 с.
8. Fusco G. A simulation tool for voltage control studies in power systems / Mathematical and computer modelling of dynamical systems, Bd. 14 (2008), 2, р. 127-145.
9. Деменков Н. П. Программные средства оптимизации настройки систем управления: учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 244 с.
10. Богуслаев А. В., Олейник Ал. А., Олейник Ан. А. и др. Прогрессивные технологии моделирования, оптимизации и
интеллектуальной автоматизации этапов жизненного цикла авиационных двигателей: - Запорожье: ОАО “Мотор Сич”, 2009. - 468 с.
11. Hemanshu R. Pota, Germane Xavier Athanasius, Li Li, Valery Ugrinovskii. Output Feedback Control Design for Interconnected Power Systems with OLTCs via Robust Decentralized Control / School of Information Technology and Electrical Engineering,
The University of New South Wales at Australian Defence Force Academy, Canberra, ACT 2006, Australia. Р. 1-19.
12. Винокур В. М., Кавалеров Б. В., Петроченков А. Б. Программный комплекс для математического моделирования автономных мини-электростанций // Электричество. - 2007. №
3. С. 2 - 7.
13. Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1980. - 336 с.
УДК 556.1.18
А. Ф. Константинов
ПЕРСПЕКТИВЫ МАЛОГО ГИДРОЭНЕРГОСТРОИТЕЛЬСТВА В БАССЕЙНЕ Р. ЯНЫ
Проведены уточненные расчеты водных и гидроэнергетических ресурсов бассейна р. Яны и намечены предварительные пути их использования с помощью малых ГЭС. Расчеты показали, что за счет этих станций можно ежегодно сэкономить до 25 тыс. т жидкого топлива, что значительно облегчит проблему северного завоза топлива в этот регион.
Ключевые слова: малые реки, модуль стока, малая ГЭС, себестоимость электроэнергии, потенциальная мощность и энергия, технические ресурсы, установленная мощность, экономия топлива.
A. F. Konstantinov
Prospects of small hydropower construction work in the basin of the Yana River
There have been conducted corrected calculations of water and there are planned hydropower resources of the basin of the Yana River and preliminary ways of their use with the help of small hydropower stations.
Calculations have shown that at the expense of these stations it is possible to save annually 25 thousand tons of liquid fuel, that will simplify problem of the North import considerable quantity of the fuel in this region.
Key words: small rivers, the modul of a drain, Small Hydropower Station, cost value of electricity, fuel economy, potential capacity and energy, technical resources, adjusting capacity, fuel economy.
Бассейн р. Яны имеет весьма развитую речную сеть, где на площади 227,5 тыс. км2 протекает более 37 тыс. рек и речек, отличающихся высокими энергетическими возможностями благодаря наличию ряда высокогорных систем с абсолютными отметками до 1500-1700 м над уровнем моря.
В связи со сложным строением бассейн р. Яны разделен на три крупных физико-географических района, по которым был подсчитан гидроэнергетический потенциал малых рек. Первый район включает бассейн р. Адычи с притоками Борулах, Туостах, Нелгесе, Чаркы и Дербеке общей площадью 89,8 тыс км2; второй охватывает бассейны Дулгалаха и Сартанга площадью 45,1 тыс. км2 и третий бассейн Яны с притоками Бытан-тай и Олдьо площадью 92,6 тыс. км2.
КОНСТАНТИНОВ Агит Федотович - к. г. н., доцент кафедры электроснабжение ФТИ СВФУ им. М. К. Аммосова. E-mail: pau [email protected]
Река Яна в среднем выносит в Северный Ледовитый океан около 31 км3 воды ежегодно; расчетный среднемноголетний расход реки в устье составляет 982,5 м3/с при среднем модуле стока 4,3 л/с^км2 [1]. Средняя густота речной сети в бассейне - 0,6 км на каждый км2 площади.
Сложность рельефа региона сказывается и на водности отдельных рек: в горных местностях модуль стока доходит до 8-9 л/с^км2 (верховья Дулгалаха, Чаркы, Куйги и др.), а в ряде рек Верхоянской впадины модули падают до 1 л/с^км2 и менее.
Внутригодовое распределение речного стока в бассейне, как и у всех рек Севера, крайне неравномерно: наибольший объем годового стока проходит в период с июня по август, а за весь длительный зимний период (ноябрь-апрель) - менее 1%. Это обстоятельство серьезно затрудняет работу небольших гидроузлов. Неравномерность речного стока видна даже на самой р. Яне, где максимальный наблюдаемый рас-
