Прототип автоматики контроля успешности пуска асинхронных двигателей в локальных системах энергоснабжения

Цель – разработка и испытания прототипа интеллектуальной автоматики контроля успешности пусков асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором на физической модели локальной системы энергоснабжения. В прототипе реализован поэтапный прогностический контроль процесса, на каждом из которых на основе моделей критических параметров двигателя и питающей сети проверяются частичные условия его успешности. Разработка базируется на использовании программного комплекса LabVIEW, методов параметрической идентификации, физического моделирования, фильтрации аналоговых и цифровых сигналов, теории автоматического регулирования, математического анализа и статистики. Экспериментально доказана возможность и эффективность предиктивного контроля успешности пуска асинхронного двигателя в локальных системах энергоснабжения по величине, скорости и характуру изменения режимных параметров статорных обмоток двигателя без непосредственного измерения частоты вращения его вала. Показано, что погрешность разработанных моделей для определения критических параметров режима, определяющих успешность пуска асинхронного двигателя, не превышает 4%. Установлено, что погрешность прогностической оценки продолжительности пуска асинхронного двигателя не превышает 14%. Показано, что в 91% экспериментов с пусками асинхронного двигателя на физической модели локальной системы энергоснабжения при вариации схемно-режимных условий прототип автоматики достоверно идентифицировал успешность/неуспешность пуска двигателя на разных этапах процесса. При выявлении неуспешности прототип обеспечивал прерывание пусков на ранних стадиях. В результате проведенных исследований случаев отсутствия выдачи автоматикой команды на прерывание процесса пуска в условиях его неуспешности не зафиксировано. Таким образом, применение интеллектуальной автоматики контроля успешности пусков асинхронных двигателей в локальных системах энергоснабжения позволит снизить вероятности повреждения двигателей и оборудования питающих сетей, сохранить ресурс их работоспособности и повысить надежность электроснабжения потребителей.

1. Маркова В.М., Чурашев В.Н. Децентрализация энергетики: интеграция и инновации // ЭКО. Всероссийский экономический журнал. 2020. Т. 50. № 4. С. 8–27. https://doi.org/10.30680/ECO0131-7652-2020-4-8-27. EDN: QCCJKR.

2. Гуревич Ю.Е., Илюшин П.В. Особенности расчетов режимов в энергорайонах с распределенной генерацией: монография. Нижний Новгород: НИУ РАНХиГС, 2018. 280 с. EDN: YWRPSP.

3. Илюшин П.В. Перспективные направления развития распределительных сетей при интеграции локальных интеллектуальных энергосистем // Электроэнергия. Передача и распределение. 2021. № 4. С. 70–80. EDN: JVMAIL.

4. Tungadio D.H., Sun Yanxia. Predictive controller for interconnected microgrids // Generation, Transmission & Distribution. 2020. Vol. 14. Iss. 19. P. 4273–4283. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2019.1257.

5. Litwin M., Zielinski D., Gopakumar K. Remote micro-grid synchronization without measurements at the point of common coupling // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 212753–212764. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3040697.

6. Илюшин П.В., Куликов А.Л. Автоматика управления нормальными и аварийными режимами энергорайонов с распределенной генерацией: монография. Нижний Новгород: НИУ РАНХиГС, 2019. 364 с. EDN: UBJFNT.

7. Бык Ф.Л., Мышкина Л.С. Эффекты интеграции локальных интеллектуальных энергосистем // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. 24. № 1. Р. 3–15. https://doi.org/10.30724/199899032022-24-1-3-15. EDN: QZOPWN.

8. Илюшин П.В., Филиппов С.П., Новиков Н.Л. Требования к маневренности газотурбинных и газопоршневых генерирующих установок // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: труды XCI Заседания Междунар. науч. семинара им. Ю.Н. Руденко (г. Ташкент, 23–27 сентября 2019 г.). Иркутск: Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 2019. Т. 1. С. 343–352. EDN: WSAUCX.

9. Gouichiche A., Safa A., Chibani A., Tadjine M. Global fault-tolerant control approach for vector control of an induction motor // Electrical Energy Systems. 2020. Vol. 30. Iss. 8. Р. e12440. https://doi.org/10.1002/2050-7038.12440.

10. Воропай Н.И., Стенников В.А. Интегрированные интеллектуальные энергетические системы // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2014. № 1. С. 64–73. EDN: SBKDQB.

11. Ozpineci B., Bose B.K. Soft-switched performance-enhanced high frequency non-resonant link phase-controlled converter for AC motor drive // Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (Aachen, 31 August – 4 September 1998). Aachen, 1998. Vol. 2. P. 733–739. https://doi.org/10.1109/IECON.1998.724184.

12. Фишов А.Г., Дулов И.В., Фролов М.Ю. Контроль успешности пусков асинхронных двигателей в локальных энергосистемах // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 3. С. 4–17. EDN WVCNSL.

13. Fishov A.G., Dulov I.V., Khatylenko R.M. The induction motor model for control starting in small-scale power systems // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (Magnitogorsk, 24–26 September 2021). Magnitogorsk: IEEE, 2021. P. 255–260. https://doi.org/10.1109/UralCon52005.2021.9559568.

14. Fishov A.G., Dulov I.V., Khatylenko R.M., Frolova Y.A. The algorithm for controlling the success of induction motor starting in small-scale power systems // International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (Novosibirsk – Yekaterinburg, 11–13 November 2022). IEEE, 2022. P. 1690–1696. https://doi.org/10.1109/SIBIRCON56155.2022.10017083.

15. Булычев А.В., Грибков М.А. Анализ процессов самозапуска электродвигателей в современных электрических распределительных сетях с позиций релейной защиты // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 1. С. 30–38. EDN: QIODPZ.

16. Мугалимов Р.Г., Храмшин Р.Я., Мугалимова А.Р. Сравнительный анализ методик расчета параметров электрических схем замещения асинхронных двигателей // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2016. Т. 3. № 1. С. 36–40. EDN: VOXRPT.

17. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод: монография. М.: Академия, 2004. 256 с. EDN: QMIONV.

18. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / под ред. Л.Г. Мамиконянца. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1984. 240 с.

19. Фишов А.Г., Осинцев А.А., Какоша Ю.В., Одинабеков М.З. Активные распределительные электрические сети с децентрализованным мультиагентным управлением режимом // Электричество. 2022. Ч. 2. № 11. С. 29–45. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-11-29-45. EDN: HYXXZS.

20. Фишов А.Г., Ивкин Е.С., Гилев О.В., Какоша Ю.В. Режимы и автоматика Минигрид, работающих в составе распределительных электрических сетей ЕЭС // Релейная защита и автоматизация. 2021. № 3. С. 22–37. EDN: YPYCDG.