Моделювання динамічних режимів роботи асинхронного електроприводу з відцентровим насосним навантаженням

В.Г. Лисяк; М.Й. Олійник

doi:10.31498/2225-6733.42.2021.240665

Автор(и)

В.Г. Лисяк Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів , Україна https://orcid.org/0000-0002-8371-6455
М.Й. Олійник Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів , Україна https://orcid.org/0000-0003-0285-1872

DOI:

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

Ключові слова:

математична модель, асинхронна машина, відцентровий насос, гідравлічна мережа

Анотація

Проведено огляд та аналіз різних підходів до моделювання режимів роботи асинхронного електроприводу з відцентровими агрегатами насосних станцій. Показано, що сучасні дослідження з цієї тематики переважно зосереджені або на системах керування електроприводу насосів, або на гідравлічній підсистемі, або на оптимізації енергетичних та економічних макропоказників режимів роботи насосних станцій в цілому. Запропоновано математичну модель динамічних режимів роботи асинхронного електроприводного відцентрового насосного агрегату з трубопроводом, у якій зі збалансованим ступенем деталізації представлено електромеханічну та гідравлічну підсистеми. Проведено тестування розробленої моделі шляхом комп’ютерного симулювання низки експлуатаційних та аварійних режимів.

Біографії авторів

В.Г. Лисяк , Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів

Кандидат технічних наук, доцент

М.Й. Олійник , Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів

Кандидат технічних наук, доцент

Посилання

Перелік використаних джерел (ДСТУ):

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.

References:

Goman V., Oshurbekov S., Kazakbaev V., Prakht V., Dmitrievskii V. Energy efficiency analysis of fixed-speed pump drives with various types of motors. Applied Sciences, 2019, vol. 24, iss. 9, pp. 1-12. doi: 10.3390/app9245295.

Kutsyk A.S., Lozynskyi A.O., Kinchur O.F. Matematichna model’ sistemi «chastotno-kerovanii elektroprivod – nasos – vodop-rovіdna merezha» [Mathematical model of the sys-tem «frequency-controlled electric drive - pump - water supply network»]. Vіsnik Natsіonal’nogo unіversitetu «L’vіvs’ka polіtekhnіka». Serіia: Elektroenergetichnі ta el-ektromekhanіchnі sistemi – Bulletin of the Lviv Polytechnic National University. Series of Electrical Power and Electromechanical Systems, 2015, no. 834, pp. 48-55. (Ukr.)

Leznov B.S. Primenenie reguliruemogo elektroprivoda v nasosnykh ustanovkakh sistem vodosnab-zheniia i vodootvedeniia [The use of an adjustable electric drive in pumping in-stallations of water supply and sewerage systems]. Ekologicheskie sistemy: elektronnyi zhur-nal energoservisnoi kompanii – Ecological systems: an electronic journal of an energy ser-vice company, 2010, no. 11, pp. 9-12. (Rus.)

Yaremak I.I., Kostyshyn V.S. Bagatotsіl’ova optimіzatsіia ustalenikh rezhimіv roboti el-ektroprivodnoї naftoperekachuval’noї stantsії [Multi-objective optimization of steady oper-ating modes of electric oil pumping station]. Visnyk Kremenchutskoho natsionalnoho univer-sytetu imeni Mykhaila Ostrohradskoho – Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohrad-skyi National University, 2018, vol. 1, pp. 15-21. doi: 10.30929/1995-0519.2018.1.15-21. (Ukr.)

Melikhov A.Yu., Kolokolov Yu.V. Razrabotka energosberegaiushchego algoritma uprav-leniia plavnym puskom asinkhronnykh dvigatelei nasosnoi stantsii. Chast’ 2. Matematiches-kaia model’ energeticheskoi podsistemy nasosnoi stantsii [Development of an energy-saving algorithm for controlling the smooth start of asynchronous motors of a pumping station. Part 2. Mathematical model of the power subsystem of the pumping station]. Sistemy upravleniia i informatsionnye tekhnologii – Control systems and information technology, 2009, no. 1.3 (35), pp. 369-374. (Rus.)

Kostyshyn V.S., Yaremak I.I. Analіz pokaznikіv efektivnostі ta nadіinostі roboti nasosnogo agregata na zasadakh sistemnogo pіdkhodu [Analysis of efficiency and reliability of the pump unit on the basis of a systematic approach]. Rozvіdka ta rozrobka naftovikh і gazovikh rodovishch – Prospecting and Development of Oil and Gas Fields, 2017, no. 1, pp. 50-60. (Ukr.)

Melikhov A.Yu. Razrabotka energosberegaiushchego algoritma upravleniia plavnym pus-kom asinkhronnykh dvigatelei nasosnoi stantsii. Chast’ 3. Matematicheskaia model’ gidravlicheskoi pod-sistemy nasosnoi stantsii [Development of an energy-saving algorithm for controlling the smooth start of asynchronous motors of a pumping station. Part 3. Math-ematical model of the hydraulic subsystem of the pumping station]. Sistemy upravleniia i in-formatsionnye tekhnologii – Control systems and information technology, 2009, no. 3.2 (37), pp. 263-267. (Rus.)

Andrushhak S.V., Besedin P.V. Matematicheskoe i imitatsionnoe modelirovanie protsessa transportirovaniia i do-zirovaniia shlama [Mathematical and simulation modeling of the pro-cess of transportation and dosing of sludge]. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudar-stvennogo universiteta. Seriia: Ekonomika. Informatika – Belgorod State University. Scien-tific Bulletin. Series: Economics. Information technologies, 2016, no. 16, pp. 115-122. (Rus.)

Harihara P., Parlos A. (2012). Fault Diagnosis of Centrifugal Pumps Using Motor Electrical Signals. Centrifugal Pumps, 2012, pp. 15-32. doi: 10.5772/26439.

Alabied S., Hamomd O., Daraz A., Gu F., Ball A.D. Fault diagnosis of centrifugal pumps based on the intrinsic time-scale decomposition of motor current signals. 23rd International Conference on Automation and Computing (ICAC), 2017, pp. 1-6. doi: 10.23919/IConAC.2017.8082027.

Misiunas D. Burst Detection and Location in Pipelines and Pipe Networks with application in water distribution systems. Lund, 2004. 113 p. Available at : http://www.iea.lth.se/publications/Theses/LTH-IEA-1038.pdf.

Yaremak I.I. Bagatotsіl’ova optimіzatsіia ustalenikh rezhimіv roboti elektroprivodnikh na-sosnikh stantsіi magіstral’nikh naftoprovodіv. Avtoref. diss. kand. techn. nauk [Multi-purpose optimization of steady-state modes of operation of electric pumping stations of main oil pipelines. Thesis of Cand. tech. sci. diss.]. Ivano-Frankivsk, 2018. 20 p. (Ukr.)

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

Ly`syak V.G., Shelekh Yu.L., Sabat M.B. Matematicheskaia model’ elektrotekhnicheskogo kompleksa sistemy energosnabzheniia [Mathematical model of electrotechnical complex for power supply system]. Nauchno-tekhnicheskii vestnik informatsionnykh tekhnologii, mek-haniki i optiki – Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2017, vol. 17, no. 4, pp. 733-743. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-4-733-743. (Rus.)

Kostyshyn V.S., Kurliak P.O. Doslіdzhennia dinamіchnikh rezhimіv roboti elektroprivod-nikh vіdtsentrovikh nasosnikh agregatіv za dopomogoiu їkhnіkh komp’iuterno-orієntovanikh Bond Graph modelei [Investigation of dynamic modes of operation of electric centrifugal pump units using their computer-oriented Bond Graph models]. Visnyk Vinny-tskoho politekhnichnoho instytutu – Visnyk of Vinnytsia Polytechnical Institute, 2012, no. 2, pp. 148-153. (Ukr.)

Yaremak I.I., Kostyshyn V.S. Keruvannia rezhymamy elektrohidravlichnoho kompleksu na pidstavi systemnoho pidkhodu [Control of modes of electrohydraulic complex on the basis of a system approach]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy – Scientific Bulletin of Ukrainian Na-tional Forestry University, 2020, no. 30 (3), pp. 83-88. doi: 10.36930/40300314. (Ukr.)

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

Lysiak V., Oliinyk M., Shelekh Yu. Modeling of Hydraulic Load of Electric Drive in Electri-cal Complex of Pumping Station. Energy Engineering and Control Systems, 2018, vol. 4, no. 1, pp. 31-36. doi: 10.23939/jeecs2018.01.031.

Kostyshyn V.S. Modeliuvannia rezhymiv roboty vidtsentrovykh nasosiv na osnovi elektro-hidravlichnoi analohii. Avtoref. diss. dokt. techn. nauk [Modeling of operation modes of centrifugal pumps based on electrohydraulic analogy. Thesis of Doct. tech. sci. diss.]. Ivano-Frankivsk, 2003. 36 p. (Ukr.)

Kostyshyn V.S., Yaremak I.I, Kurlyak P.O. Creation of object-oriented model of centrifugal pump on the basis of electro-hydrodynamic analogy method. Naukovyi Visnyk Natsional-noho Hirnychoho Universytetu, 2019, no. 6, pp. 72-79. doi: 10.29202/nvngu/20196/11.

Kostyshyn V.S., Kurlyak P.O. Simulation of performance characteristics of centrifugal pumps by the electro-hydrodynamic analogy method. Journal of Hydrocarbon Power Engi-neering, 2015, vol. 2, no. 1, pp. 24-31.

Shelepeten T.M. Obchyslennia intehralnykh parametriv elektromahnitnykh aparativ z do-pomohoiu tsyfrovykh modelei [Calculation of integrated parameters of electromagnetic de-vices using digital models]. Tekhnichna elektrodynamika : spets. vyp. za mater. II Mizhnarodnoi nauk.-tekhn. konf. «Matematychne modeliuvannia v elektrotekhnitsi i elektro-dynamitsi» – Technical electrodynamics: special. issue according to the materials of the II International scientific and technical. conf. «Mathematical modeling in electrical engineer-ing and electrodynamics», Kiev, 1998, pp. 169-172. (Ukr.)

Pustovetov M., Soltus K., Sinyavskij I. Komp`yuternoe modelirovanie asinkhronny`kh dvigatelej i transformatorov. Primery` vzaimodejstviya s silovy`mi e`lektronny`mi preobra-zovatelyami [Computer simulation of induction motors and transformers. Examples of interaction with power electronic converters]. Saarbryukken, LAP LAMBERT Academic Publ., 2013. 199 p. (Rus.)