MATLAB-моделирование как средство разработки исходной информации для конструирования и дизайна компенсированной системы электроснабжения буровой установки

Система MATLAB, базирующаяся на алгоритмах векторных вычислений, избавляющая пользователя от трудоемких этапов составления и решения алгебраических и дифференциальных уравнений, написания циклов, обеспечивающая высокую скорость и точность вычислений, а также возможность визуального контроля протекающих в модели процессов, является эффективным средством решения широкого круга инженерных проблем [1]. Объединение пакета SIMULINK и обширной библиотеки электротехнических блоков пакета Sim Power System в системе MATLAB обеспечивает возможность построения имитационных и функциональных моделей сложных электротехнических систем, к которым, несомненно, следует отнести и системы электроснабжения (СЭС) буровых установок нефтегазодобывающего комплекса [2]. Особую актуальность MATLAB-моделирование приобретает при исследовании рассматриваемой в работах [3-5] перспективной компенсированной СЭС с повышенными энергетическими показателями, характеризующейся еще более сложным характером протекания электромагнитных процессов.

MATLAB-модель разрабатываемой компенсированной СЭС буровой установки нефтегазо добывающего комплекса (рис. 1) содержит блоки и подсистемы «Питающая сеть - Power suppy», «Трансформаторное корректирующее устройство - Transformer correction unit», «Линия электропередачи - Electric line», «Фильтр - Filtr», «Преобразовательный трансформатор - Converting transformer», «Компенсирующее устройство -Compensating unit», «Выпрямитель - Rectifier», «Уравнительный реактор - Equalizing reactor» и «Нагрузка - Load». Нагрузка замещена активным и ндуктивным сопротивлениями, а также проти-воЭДС. С целью обеспечения возможности исследования СЭС при подключении и отключении отдельных блоков и подсистем модель снабжения блоками «Трехфазный выключатель - Three-Phase Breaker».

Компенсированная СЭС разрабатывается в соответствии с техническими требованиями ОАО «Сургутнефтегаз». Дополнительными во вновь разрабатываемой СЭС (рис. 1) являются подсистемы 1, 3, 4 и 6. Выделенные на рис. 1 подсистемы являются основными в решении проблем компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энергии в СЭС. Модели этих подсистем представлены на рис. 2 и 3.

Определение необходимой информации для проектирования и последующей разработки дизайна основного оборудования СЭС в моделях осуществляется с помощью измерительных устройств в виде амперметров, вольтметров, мультиметров, усилителей, блоков Фурье, дисплеев и осциллографа. Так, на экранах дисплеев на рис. 1, 2 и 3 показаны значения определяемых величин, полученные при расчете номинального режима работы СЭС с реальными для нефтегазового комплекса параметрами при длине воздушной линии электропередачи 6 км.

По результатам моделирования разработаны технические условия на выполнение компенсирующего и корректирующего оборудования СЭС. В процессе совместной работы с ЗАО «Энергомаш (Екатеринбург) - Уралэлектротяжмаш» и НТЦ «Приводная техника (Челябинск)» - изготовителями СЭС, проведена конструкторская разработка дополнительного оборудования системы. В качестве примера на рис. 4 и 5 представлены конструктивные решения выделенного на рис. 2 и 3 реакторного оборудования фильтра и компенсирующего устройства.

Fourier 1

magnitude signal^

Display 1

Multimelerl

Fourier 2

Display 3

magniiude ^arigle

-8-63Ц

Display 2

Outi out!

out2

out3

Dut3

In3

СМ3

Converting

Power supply transformer

Subsystem 1 ’Transformer correcting

Subsystem^ "Compensating unit*

Subsystem 2 "Electric fine’ !< ®

Tn Three-PhaseBreaker 2

3293( 1

Three-Phase Breaker 1

Subsystem

“Filter

Scope

Ini

Display 4

Outl

In2

reactor*

■0H^|

Multimeter 2

Subsystem 6

Subsystem 5 “Rectifier*

Display 5

Fowls'

powergui

Discrete, Ts = 5e-006 s.

< m о

^ Three-Phase Breaker 3

sign 81^

Fourier 4

Рис. 1. Модель компенсированной системы электроснабжения буровой установки

Рис. 2. Модель Subsystem 3 “Filtr”

Электроэнергетика

Рис. 3. Модель Subsystem 4 “Compensating unit”

Рис. 4. Конструктивное решение реактора фильтра

Рис. 5. Конструктивное решение реактора компенсирующего устройства RR1

Дальнейшая работа по созданию перспективной компенсированной СЭС направлена как на совершенствование дизайна отдельного оборудования системы, так и на разработку конструкций и дизайна контейнерного исполнения СЭС с размещением нового компенсирующего и корректирующего оборудования. Одновременно будут решаться вопросы современного дизайна центра управления бурильной установки - кабины бурильщика.