Моделювання динамічних режимів роботи асинхронного електроприводу з відцентровим насосним навантаженням

V.H.  Lysiak; M.Y.  Oliinyk

doi:10.31498/2225-6733.42.2021.240665

Authors

V.H. Lysiak Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-8371-6455
M.Y. Oliinyk viv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0285-1872

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.42.2021.240665

Keywords:

mathematical model, asynchronous machine, centrifugal pump, hydraulic network

Abstract

A review and analysis of different approaches to modelling the operating modes of an asynchronous electric drive with centrifugal units of pumping stations has been performed. It has been shown that modern researches of this subject are mainly focused either on the control systems of the electric drive of pumps, or on the hydraulic subsystem, or on the optimization of energy and economic macro indicators of pumping stations in general. As a rule, in most works only one of the subsystems of the pumping station is modelled in an expanded form: either electromechanical or hydraulic; the other one is usually presented in a very simplified way (by approximating the experimentally obtained tabular data). This significantly limits the ability to study efficiently the physical processes that take place simultaneously in these inextricably linked subsystems, and extends the range of the proper specialists involved in solving relevant tasks. One way to solve this problem may be to develop a mathematical model in which both subsystems would be presented with a comparable level of detailing. The paper proposes a mathematical model of dynamic operating modes of an asynchronous electric centrifugal pump unit with a pipeline, in which the electromechanical and hydraulic subsystems are presented with a balanced level of detailing. The equations of the mathematical model are formed in orthogonal d-q coordinates rigidly connected to the rotor of the asynchronous machine in relative units using a system of basic quantities and are solved with respect to the first derivatives. The proposed model can be used for analyzing the operating modes of the existing high-capacity pumping stations and their power supply systems without making physical experiments, and for designing new facilities as well.

Author Biographies

V.H. Lysiak, Lviv Polytechnic National University, Lviv

Кандидат технічних наук, доцент

M.Y. Oliinyk, viv Polytechnic National University, Lviv

Кандидат технічних наук, доцент

References

Energy efficiency analysis of fixed-speed pump drives with various types of motors / V. Goman, S. Oshurbekov, V. Kazakbaev, V. Prakht [et al.] // Applied Sciences. – 2019. – Vol. 24, iss. 9. – Pp. 1-12. – Mode of access: https://doi.org/10.3390/app9245295.

Куцик А.С. Математична модель системи «частотно-керований електропривод – насос – водопровідна мережа» / А.С. Куцик, А.О. Лозинський, О.Ф. Кінчур // Вісник Націона-льного університету «Львівська політехніка». – 2015. – № 834. – С. 48-55. – (Серія: Електроенергетичні та електромеханічні системи).

Лезнов Б.С. Применение регулируемого электропривода в насосных установках си-стем водоснабжения и водоотведения / Б.С. Лезнов // Экологические системы: элек-тронный журнал энергосервисной компании. – Кременчуг, 2010. – № 11. – С. 9-12.

Багатоцільова оптимізація усталених режимів роботи електроприводної нафтоперека-чувальної станції / І.І. Яремак, В.С. Костишин // Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. – 2018. – Вип. 1. – С. 15-21. – Режим доступу: https://doi.org/10.30929/1995-0519.2018.1.15-21.

Мелихов А.Ю. Разработка энергосберегающего алгоритма управления плавным пус-ком асинхронных двигателей насосной станции. Часть 2. Математическая модель энергетической подсистемы насосной станции / А.Ю. Мелихов, Ю.В. Колоколов // Си-стемы управления и информационные технологии. – 2009. – № 1.3 (35). – С. 369-374.

Костишин В.С. Аналіз показників ефективності та надійності роботи насосного агрега-та на засадах системного підходу / В.С. Костишин, І.І. Яремак // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – 2017. – № 1. – С. 50-60.

Мелихов А.Ю. Разработка энергосберегающего алгоритма управления плавным пус-ком асинхронных двигателей насосной станции. Часть 3. Математическая модель гид-равлической подсистемы насосной станции / А.Ю. Мелихов // Системы управления и информационные технологии. – 2009. – № 3.2 (37). – С. 263-267.

Андрущак С.В. Математическое и имитационное моделирование процесса транспор-тирования и дозирования шлама / С.В. Андрущак, П.В. Беседин // Научные ведомости Белгородского государственного университета. – 2016. – № 16. – С. 115-122. – (Серия: Экономика. Информатика).

Harihara P. Fault Diagnosis of Centrifugal Pumps Using Motor Electrical Signals / P. Hari-hara, A. Parlos // Centrifugal Pumps. – 2012. – Pp. 15-32. – Mode of access: https://doi.org/10.5772/26439.

Fault diagnosis of centrifugal pumps based on the intrinsic time-scale decomposition of mo-tor current signals / S. Alabied, O. Hamomd, A. Daraz, F. Gu, A. D. Ball // 2017 23rd Inter-national Conference on Automation and Computing (ICAC). – Huddersfield, 2017. – Pp. 1-6. – Mode of access: https://doi.org/10.23919/IConAC.2017.8082027.

Misiunas D. Burst Detection and Location in Pipelines and Pipe Networks with application in water distribution systems / D. Misiunas. – 113 p. – Mode of access: http://www.iea.lth.se/publications/Theses/LTH-IEA-1038.pdf.

Яремак І.І. Багатоцільова оптимізація усталених режимів роботи електроприводних насосних станцій магістральних нафтопроводів : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.13.07 / Яремак Ірина Ігорівна; Івано-Франків. нац. техн. ун-т нафти і газу. – Івано-Франківськ, 2018. – 20 с.

Paranchuk Y.S. Energy efficient power supply system and automatic control of the complex «power supply – pumping station» modes / Y.S. Paranchuk, V.H. Lysiak // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. – 2018. – № 3. – Pp. 115-124. – Режим доступу: https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-3/16.

Лысяк В.Г. Математическая модель электротехнического комплекса системы энерго-снабжения / В.Г. Лысяк, Ю.Л. Шелех, М.Б. Сабат // Научно-технический вестник ин-формационных технологий, механики и оптики. – 2017. – Т. 17, № 4. – С. 733-743. – Режим доступу: https://doi.org/10.17586/2226-1494-2017-17-4-733-743.

Костишин В.С. Дослідження динамічних режимів роботи електроприводних відцент-рових насосних агрегатів за допомогою їхніх комп’ютерно-орієнтованих Bond Graph моделей / В.С. Костишин, П.О. Курляк // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2012. – № 2. – С. 148-153.

Яремак І.І. Керування режимами електрогідравлічного комплексу на підставі систем-ного підходу / І.І. Яремак, В.С. Костишин // Науковий вісник НЛТУ України. – 2020. – № 30(3). – С. 83-88. – Режим доступу: https://doi.org/10.36930/40300314.

Mathematical Modeling and Simulation of Transients in Power Distribution Systems with Valve Devices and Dynamic Loading / P. Gogolyuk, T. Grechyn, A. Ravlyk, I. Grinberg // Proceedings of the IEEE Power Engineering Society General Meeting. – 2003.– Pp. 1580-1585.

Lysiak V. Modeling of Hydraulic Load of Electric Drive in Electrical Complex of Pumping Station / V. Lysiak, M. Oliinyk, Yu. Shelekh // Energy Engineering and Control Systems. – 2018. – Vol. 4, no. 1. – Pp. 31-36. – Mode of access: https://doi.org/10.23939/jeecs2018.01.031.

Костишин В. С. Моделювання режимів роботи відцентрових насосів на основі електро-гідравлічної аналогії : автореф. дис. д-ра техн. наук : 05.15.13 / Костишин Володимир Степанович; Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу. – Івано-Франківськ, 2003. – 36 с.

Kostyshyn V.S. Creation of object-oriented model of centrifugal pump on the basis of elec-tro-hydrodynamic analogy method / V.S. Kostyshyn, I.I. Yaremak, P.O. Kurlyak // Nau-kovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. – 2019. – № 6. – Pp. 72-79. – Mode of access: https://doi.org/10.29202/nvngu/20196/11.

Kostyshyn V.S. Simulation of performance characteristics of centrifugal pumps by the elec-tro-hydrodynamic analogy method / V.S. Kostyshyn, P.O. Kurlyak // Journal of Hydrocar-bon Power Engineering. – 2015. – Vol. 2, № 1. – Pp. 24-31.

Шелепетень Т. М. Обчислення інтегральних параметрів електромагнітних апаратів з допомогою цифрових моделей / Т.М. Шелепетень // Технічна електродинаміка : спец. вип. за матер. ІІ Міжнародної наук.-техн. конф. «Математичне моделювання в електро-техніці і електродинаміці». – К., 1998. – С. 169-172.

Пустоветов М. Компьютерное моделирование асинхронных двигателей и трансформа-торов. Примеры взаимодействия с силовыми электронными преобразователями / М. Пустоветов, К. Солтус, И. Синявский. – Saarbrücken : LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. – 199 с.