Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

Литература

1.В. Н. Тимофеев, С. Ф. Заграбчук, С. Г. Иванова, Г. Ф. Лыбзиков. Комплект электронных плат для лабораторного практикума по дисциплинам «Электротехника и электроника», «Теоретические основы электротехники», рассчитанный на использование лабораторных станций NI ELVIS II // Инженерные, научные и образовательные приложения на базе технологии National Instruments – 2011: Сборник трудов X Международной научно-практической конф. – М.: ДМК-

пресс, 2011. – С. 286-288.

2. Теоретические основы электротехники : лаб. практикум. / С. Г. Иванова, Г. Ф. Лыбзиков, С. Ф. Заграбчук, В. Н. Тимофеев. – Красноярск: Сибирский федеральный ун-т., 2013. – 104 с.

3.Электротехника и электроника : Метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов укрупнѐнной группы направлений подготовки специалистов 220000, 230000 / Сост. Г. Ф. Лыбзиков. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. – 55 с.

4.Г. Ф. Лыбзиков, С. П. Тимофеев. Теоретические основы электротехники. Линейные четырѐхполюсники: Методические указания к лабораторной работе. – Красноярск: Сибирский федеральный ун-т. –

2010. – 24 с.

5.Г. Ф. Лыбзиков, С. П. Тимофеев. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Методические указания к лабораторным работам. – Красноярск: Сибирский федеральный ун-т. – 2010. –

56 с.

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТА И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ НА ОСНОВЕ ЧЕТКОГО ЛОГИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА

Зиатдинов А.М.

г. Альметьевск, ГБОУ ВПО «Альметьевский государственный нефтяной институт»

e-mail: [e-mail]

Актуальность данной работы заключается в том, что значительная доля капитальных вложений приходится на промысловое обустройство и сооружение систем сбора и транспорта нефти и газа. Следовательно, грамотная автоматизация подготовки нефти и газа имеет первостепенное значение как для снижения капитальных затрат и эксплуатационных расходов, так и для сокращения сроков обустройства месторождений и, следовательно, для ускорения ввода в действие новых месторождений.

41

Однако, состояние и свойства нефтяных систем определяются влиянием различных параметров: давлением, температурой, удельным объѐмом, компонентным составом фаз. При движении углеводородов (УВ) по всей цепочке "пласт – скважина – системы сбора и подготовки – магистральный трубопровод" непрерывно изменяется давление и температура, что ведет к изменению фазовых состояний систем, компонентного состава фаз, и как следствие, наблюдаемых физико-химических свойств нефти, газа, воды как многокомпонентной многофазной системы [1]. В данных условиях основные принципы и закономерности управления процессами подготовки и транспортировки скважинной продукции на основе классических пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов становятся малоэффективными.

Объектом исследования является насосная станция (рисунок 1), состоящая из следующих основных устройств:

-понижающего и повышающего трансформаторов;

-низковольтной и высоковольтной коммутационной аппаратуры;

-дросселя;

-синусоидального фильтра;

-высоковольтного асинхронного электродвигателя (ВАД);

-насосов (основного и резервного).

Часто, при моделировании систем электропривода возникают сложности с выбором осей координатной системы и интерпретации, связанных с ней уравнений. Ниже приведены все основные используемые координатные системы, используемые в зависимости от способа управления (векторное, скалярное), сложности построения математической модели. Для моделирования асинхронного электродвигателя (АД) используются следующие систем координат: a-b – неподвижная система координат ( mn 0 ), ориентированная по оси фазы a обмотки

статора; u-v – неподвижная, жестко связанная с ротором система координат; x-y

– система координат, вращающаяся синхронно с ротором ( mn ) и ориентированная по оси фазы a его обмотки; d-q – система координат, вращающаяся синхронно с потокосцеплением ротора ( mn 1 ) и ориентированная по его направлению; m-n – произвольно ориентированная система координат, вращающаяся с произвольной скоростью ( mn ), где 1, угловая частота питания статора и ротора.

42

Рис. 1. Рассматриваемая насосная станция

Моделирование ВАД производится по исходным дифференциальным уравнениям звеньев входящих в модель АД с короткозамкнутым (К.З.) ротором [2– 3].

Звено тока (ЗТ):

USx rЭ TЭ p 1 iSx k lЭiSy kr ry r kr rx ;

USy rЭ TЭ p 1 iSy klЭiSx kr rx r kr ry .

Звено потокосцепления ротора (ЗП):
rr kr iSx r Tr p 1 rx k ry ;
rr kr iSy r Tr p 1 ry k rx.	(1)
Звено момента (ЗМ):
m kr rxiSy ryiSx .

Звено механического действия (ЗМД):

	m mC T j p .	,
где	USx ,USy , iSx ,iSy , rx , ry – напряжения, токи и потокосцепления статора и
ротора,	rЭ - эквивалентное активное сопротивление фазы двигателя,		TЭ	- элек-
тромагнитная постоянная времени главной цепи двигателя, kr Lm / Lr			-	коэф-

фициент связи ротора, lЭ - эквивалентная индуктивность рассеяния фазы двига-

теля, r rr / lr , Т j J S.б / рМб , б S.ном 314эл.рад / c , Мб Мном - базисная угловая частота и номинальный момент АД.

43

Рис. 2. Замкнутая система управления ВАД

При регулировании можно считать, что производительность насоса пропорциональна угловой скорости механизма, а момент сопротивления на валу изменяется по параболической зависимости [4]:

Мс М0 b 2 ,

(2)

где М0 0.1Мн нас

Из-за сложности алгоритма управления данными технологическими процессами к настоящему времени их удалось реализовать только в полуавтоматическом режиме с использованием типовых нечетких регуляторов (ТНР), а информация об этих алгоритмах существует только в виде устных знаний небольшой группы экспертов, непосредственно занятых в области транспорта и подготовки нефти. Кроме того, ТНР не позволяют обеспечить (главным образом из-за процедуры дефаззификации) необходимую точность поддержания температуры и давления в стадиях функционирования автоклава [5]. Следовательно, целью данной работы является автоматизация упомянутого технологического процесса на основе четкого логического регулятора, который по сравнению с ТНР обладает меньшей погрешностью регулирования и возможностью управления в реальном времени быстродействующими технологическими процессами.

Для управления рассматриваемым процессом предлагается следующую система управления на основе четкого логического регулятора: процесс фаззификации представить в виде совокупности четких множеств, идентифицирующих значения этих величин на заданном отрезке универсальной числовой шкалы. Каждому терму на этой шкале отводится отдельный участок, который не должен перекрываться соседними термами. Такие ограничения позволяют каждое четкое значение физической величины представить одним и только одним из этих термов, а их множество адекватно идентифицирует упомянутую физическую величину в виде совокупности аргументов двузначной логики.

Функция принадлежности подмножеств Т1÷Тn имеет прямоугольную форму, поэтому для каждого из них справедливо соотношение [6]:

44

	1, если рi-1 ≤ р < рi, то есть р є Тi;
µТi(p)=	(3)
	0, если рi-1> р ≥ рi, то есть р Тi,

где i (1 n) – номер терма физической величины «Параметр Р». Например, для терма Т1 i=1, µр1(p)=1 при 0 ≤ р < р1. Во всех остальных случаях µр1(p)=0.

Таким образом, при использовании четкого регулятора при управлении насосной станцией возможно избежать наложения смежных термов, поскольку в любой конкретный момент времени любая физическая величина может принимать одно и только одно значение, облегчить трудоемкость процесса, увеличить точность аналогично выводу в двузначной (булевой) логике. Все это заметно снижает время сканирования системы продукционных правил регулятора и приводит к увеличению его быстродействия и точности.

Литература

1.Сваровская Н. А. Подготовка, транспорт и хранение скважинной продукции: Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2004. – 268 с.

2.Лазарев Г.Б. Высоковольтные преобразователи для частотнорегулируемого электропривода. Построение различных систем // Новости электротехники. 2005. № 2 (32). C. 30-36.

3.Энергосберегающий асинхронный электропривод / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, B.H. Поляков. М.: Академия, 2004. 256 с.

4.Шкердин Д.Г. Преобразователи частоты в энергосберегающем приводе насосов // Водоснабжение и санит. техника. 2004. №7. С. 29-32.

5.Леоненков А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и Fuzzy TECH.-СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 736 с.

6.Четкий логический регулятор температуры в автоклаве для производства газосиликатных шлакоблоков / А. И. Каяшев, Е. А. Муравьева, Л. Ю. Полякова, Т. В. Сазонова // Вестник УГАТУ: науч. журн. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. 2010. Т.15, № 2 (42). С. 114–118.

45

ПЕРСПЕКТИВЫ ВВЕДЕНИЯ СОЦНОРМ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РОССИИ С УЧЁТОМ ОПЫТА ДРУГИХ СТРАН

Золотков К.М.

г. Тобольск, филиал Тюменского государственного нефтегазового университета Тобольский индустриальный институт ТИИ ТюмГНГУ

e-mail: [e-mail]

Не для кого не секрет, что сфера ЖКХ у нас в России - больная тема. И сегодня наше государство задумывает и уже начинает проводить реформу тарифов, которые у нас России в последнее время ежегодно повышаются, больно ударяя по кошельку простых россиян. Эта тема актуальна для всех нас – плательщиков. В своей работе я попытался проанализировать то, что собираются сделать наши власти, разобраться в сути этой реформы, и самое главное – выяснить, что она может дать российской энергетике и простому потребителю электроэнергии.

Реформа начинается с установления новых тарифов на электроэнергию. Уже принято и вступило в силу Постановление Правительства РФ «О порядке установления и применения социальной нормы потребления электрической энергии (мощности) и о внесении изменений в некоторые акты правительства РФ по вопросам установления и применения социальной нормы потребления электрической энергии (мощности)» от 22 июля 2013 года. [1]

По задумке законодателей эта реформа должна обеспечить достижение таких целей как:

-поддержание и защита малоимущих слоѐв населения -мотивирование экономии электроэнергии (для сравнения в Канаде,

сопоставимой с нами по климатическим условиям энергопотребление в целом примерно в 2,5 раза меньше, чем в России)

-снизить перекрѐстное субсидирование и тем самым стимулировать развитие промышленности (объѐм перекрѐстного субсидирования в электроэнергетике составляет около 1,7 трлн. руб.)

Суть реформы состоит в том, что россиянам теперь придѐтся платить по двойному тарифу: по социальной норме и всѐ что выше неѐ.[1]

Социальная нормаэто минимальный, но достаточный для жизнеобеспечения и доступный по цене объѐм (количество) потребления коммунальных услуг гражданином, обеспечивающий соблюдения принципа равнодоступности услуг и социальные гарантии социально не защищѐнным гражданам. [2] В пределах социальной нормы будет действовать льготный тариф, выше неѐ – повышенный, экономически обос-

46

нованный. Социальная норма будет устанавливаться в каждом регионе своя, при еѐ установлении будет учитываться климат территории, тип населѐнного пункта, наличие газовой или электрической плиты, степень благоустроенности жилья и другие факторы. Социальная норма устанавливается исходя из статистики энергопотребления региона, при этом

должен соблюдаться принцип: социальная норма		должна быть опреде-
лена так, чтобы в неѐ попало около 70% населения		региона. Окончатель-
ных цифр не установлено,	но в целом по стране социальная норма бу-
дет колебаться в пределах	от 60 до 100 кВт*ч. на одного человека. За

повышенное потребление придѐтся платить по более высокому тарифу, но Минрегион запрещает превышать тариф более чем на 30% по сравнению с соцнормой. [3] Для примера в Ростовской области 1 кВт в пределах соцнормы стоит 3 руб. 50коп. выше неѐ -4 руб. при соцнорме 96

кВт.[4]

По всей стране эти тарифы будут действовать с 1 июля 2014 года, а с 1 сентября 2013 уже действует в рамках эксперимента – в 7 пилотных регионах: в Забайкальском и Красноярском краях, во Владимирской, Нижегородской, Орловской, Ростовской и Самарской областях [1].

Сейчас уже публикуются первые результаты этого эксперимента и в Ростовской области, например они положительны. «Не беря в расчет тех, кто расходует очень много электроэнергии и, соответственно, много платит, можно сказать, что введение социальной нормы для основной массы потребителей привело к снижению платежа за этот вид коммунальной услуги, — сообщил в интервью российской Газете Сергей Новиков, глава федеральной службы по тарифам (ФСТ). — Цифры небольшие — 10-90 рублей в месяц, но сам по себе факт позитивный». [5]

Также Сергей Новиков отметил, что переход на социальные нормы электроэнергии вряд ли решит все проблемы, связанные с перекрѐстным субсидированием. «Если говорить о ликвидации перекрестного субсидирования (когда тарифную нагрузку, чтобы защитить граждан, перекладывают на предприятия.), то, по нашим оценкам, вклад реформы в решение этого вопроса составит всего 10-15 процентов». [5]

Необходимо сказать, что при разработке этого закона принимался во внимание опыт других стран. Система из 2 тарифов существует во Франции, Польше, Украине и других странах Европы. Хотя опять таки сравнивать Россию с Европой, не совсем корректно. Там другие требования предъявляются к энергоэффективности зданий, европейцы гораздо

чаще используют энергоэффективные бытовые приборы, и	поэто-
му в целом расход энергии там существенно ниже российского. А	будут

ли наши граждане покупать новые, современные приборы с пониженным потреблением, возможно да, но только не малоимущие семьи, у которых попросту нет денег на новую бытовую технику.

Среди европейских стран с самой дешѐвой электроэнергией на

47

первом месте находится Украина, в которой жители платят около 1 руб/кВт ч. Но стоит понимать, что в связи с невысоким уровнем дохода населения этой страны, данная цена является социально значимой и является частью политики правительства этой страны. [6]

Во Франции одни из самых низких тарифов на электроэнергию в Западной Европе. 75 процентов всего потребляемого здесь электричества производится на атомных электростанциях.

Всреднем 1 кВт/час обходится французу в 0,12 евро (4,68 рубля). В эту цифру входит базовый тариф, который разнится в зависимости от времени суток, НДС, абонементной платы, стоимости доставки энергии до потребителя и местных налогов. Для малоимущих, допустим, для семьи из четырех человек с ежемесячным доходом в 1300 евро, имеется так называемый «тариф первой необходимости». По нему первые 100 кВт/час в месяц оплачиваются ниже обычного тарифа на 40-60%. [6]

ВИталии до недавнего времени рынок электроэнергии целиком и

полностью контролировался всего одной компанией. Но после вступления в силу так называемого «3-го энергетического пакета» деятельность единого энергорынка всего Евросоюза, включая Италию, претерпела серьезные изменения. Документ предусматривает отделение права на производство и поставку энергетических ресурсов от управления сетью транспортировки энергии.

Это, по мнению итальянских экспертов, позволило значительно снизить монополизацию рынка, подогреть конкуренцию и предоставить потребителю большую свободу в выборе поставщика. С этим тезисом, очевидно, не согласны главные клиенты энергокомпаний - итальянские семьи. Они называют конкуренцию «ложной», ссылаясь на «отсутствие прозрачности» в тарифной политике. Ситуация осложняется тем, что итальянцам, решившимся довериться частному игроку, придется самостоятельно разбираться в предлагаемых «привлекательных» предложениях, которые при ближайшем рассмотрении мало чем друг от друга отличаются.

Среднестатистической итальянской семье из трех человек ежемесячно обычно приходит счет на сумму от 55 до 60 евро, то есть получается 2145-2340 рублей. Для сравнения: в Подмосковье семья платит в месяц около 1000 рублей.

Тем не менее, у итальянцев, так и не сумевших выбрать среди многочисленных частников, есть запасной вариант. Часть тарифов на электричество в Италии для семей относится к категории «охраняемых» и устанавливается специальным независимым органом, ответственным за электроэнергию и газ. Тарифы этой структуры в зависимости от годового потребления варьируются от 0,5 евроцента за киловатт до 7,6 евроцента. Малоимущим гражданам предоставляется скидка до 15%. [5]

В Дании почти нет своих топливных запасов и гидроресурсов для производства энергии, а также на уровень цен значительным образом вли-

48

яет введѐнный запрет на атомную энергетику. Таким образом, жители Дании платят в среднем около 11 руб./кВт*ч, получая самую дорогую электроэнергию среди европейских стран. В Германии за 1 кВт*ч платят около 9,9 рублей. Кипр находится на третьем месте рейтинга, производя электроэнергию преимущественно из мазута и страдая от повышения от высоких цен на чѐрное золото. Замыкают пятѐрку стран с самыми высокими тарифами Бельгия и Швеция, где тарифы составляют соответственно 8,0 и 7,9 руб./кВт*ч. [6] Странами ЕС с самыми дешѐвыми тарифами на электроэнергию согласно [6] являются Эстония и Болгария, где потребители платят соответственно 4,07 и 3,37 руб/кВт*ч.

Как мы видим, цены в Европе на электроэнергию существенно выше, чем в России, но при этом надо учитывать, что в большинстве этих стран нет перекрѐстного субсидирования и самое главное средний уровень дохода населения этих странах в разы выше.

Подводя итоги, необходимо сказать, что реформа весьма неоднозначна и вызывает негативное отношение ввиду противоречивости информации из разных источников. Так например, Минрегион запрещает превышать тариф более чем на 30% по сравнению с соцнормой, и в тоже время тарифы в Красноярском крае в пределах и сверх соцнормы составляют соответственно 1,28 и 2,08 для городского населения оборудованного электроплитами и 1,83 и 2,87 руб/кВт*ч с газовыми плитами [3], разница составляет более 60%. В Орловской области тариф в пределах соцнормы был снижен с 3 до 2,96 руб/кВт*ч, но это скомпенсировали тем, что саму соцнорму снизили с 220 до 190 кВт.[7]Если глава ФСТ Сергей Новиков говорит о том, что в Ростовской области по новым тарифам люди заплатили меньше, то почему в том же Ростове 6 октября проходил митинг против реформы тарифов на электроэнергию? [4] Но хотим мы того или нет, новая система тарифов будет действовать по всей стране, начиная с 1 июля 2014 года.

Литература

1.www.consultant.ru

2.www.gkh.ru/journals/2707/78042 3.www.energovopros.ru/spravochnik/electrosnabzhenie/tarify-na-

electroenergiju 4.www.federalpress.ru 5.www.rg.ru/2013/10/23 normi-site.html

6.www.rosinvest.com/acolumn/blog/jelektrojenergija/193.html 7.www.orel-region.ru/index.php?head=entry&unit=233

49

КРУПНОБЛОЧНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Зульхарнеев Р.Р.

г. Тюмень, ФГБОУ ВПО ―Тюменский государственный нефтегазовый университет‖

e-mail: [e-mail]

Современные электроэнергетические системы (в том числе системы электроснабжения ЭС) являются сложными территориально протяженными системами, имеющими неоднородную структуру электрических сетей. Ввиду сложности и многомерности современных систем электроснабжения, многовариантности и многокритериальности, наличия различных предпочтений при выборе решений, проблема обоснования развития этих систем в виде общей задачи исследования операций является громоздкой и с практической точки зрения непреодолимой.

Для выбора рациональной конфигурации систем электроснабжения в настоящее время решены следующие задачи [1,2]:

1.Определение оптимального расположения источников питания ИП;

2.Оптимального закрепления потребителей за ИП;

3.Оптимального выбора мощности ИП;

4.Оптимизация прокладки линий электропередачи, связывающих потребителя с ИП с учетом ограничений на местности;

5.Оптимального соединения элементов системы электроснабжения в схемы определенной структуры.

В то же время отсутствуют модели и методы, позволяющие в диалоговом режиме уточнять найденные решения и в диалоге формировать оптимальную схему ЭС с учетом эвристических требований, качества электрической энергии, надежности электроснабжения и т.д.

В САПР электроснабжения отсутствуют компьютерные модели структуры проектируемых систем, допускающие произвольную сложность констант и переменных, позволяющие формализовать различные способы повышения качества и обосновать функциональную эквивалентность автоматических и диалоговых преобразований структуры электроснабжения.

Для решения этих задач следует создать машинную модель, в рамках которой можно выделять и анализировать направления передачи электроэнергии, значения передаваемых мощности и напряжений, а также изучать их взаимодействие, описывать перечисленные выше преобразования структуры.

Наиболее полно свойства реальных сложных систем электроснабжения может описать крупноблочная модель, которая в отличие от известных позволяет элементам иметь внутреннюю структуру, составные входные и выходные константы и переменные, анализировать информационные связи между элементами и иметь внутреннюю структуру по управлению [3,4].

50