заведующий кафедрой «Электропривод и промышленная автоматика», д.т.н., профессор
Ph. D. (Techn.), Associate Professor
заведующий кафедрой «Электро- и теплоэнергетика», к.т.н., доцент
Senior Lecturer
старший преподаватель кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы»
Ph. D. (Techn.), Doctoral Student
докторант кафедры «Электропривод и промышленная автоматика», к.т.н.
The article is devoted to improving the energy efficiency of mechanized mining by selecting the optimal voltage level at the field substation, which provides the required optimization criterion. An unbranched line extending from the field substation, which supplies an arbitrary number of electrical complexes of producing wells, is considered. It is shown that these complexes can contain both submersible centrifugal pumps and rod borehole pumping units driven by asynchronous motors. Mathematical models of electrical complexes of producing wells are nonlinear and are described by high-order differential equations. Therefore, the problem of finding the optimal voltage level of a field substation can only be solved using numerical methods. An algorithm for calculating the optimal voltage value is developed, taking into account the technological features of mechanized oil production. It is a search algorithm that contains three internal cycles: voltage variations at the asynchronous motor farthest from the field substation, sorting out the nodes of the outgoing line, and equalizing the voltage at the nodes when the load of the electrical complexes of the producing wells changes. Well-known analytical expressions are given for calculating the active, reactive and full load of step-up and step-down transformers used in the considered electrical complexes, as well as power losses on these elements and on air and cable lines. A distinctive feature of the presented algorithm is the calculation of the speed of submersible and ground asynchronous motors when the supply voltage changes, taking into account the mechanical characteristics of centrifugal and plunger pumps. An example of calculating the optimal voltage value of a field substation feeding a hypothetical outgoing line with three nodes is given. It is noted that the developed algorithm is a reflection of the method of choosing the optimal voltage of the field substation. Moreover, this algorithm can be adapted to any outgoing line, no matter how complex and branched it is.
Статья посвящена повышению энергетической эффективности механизированной добычи за счет выбора оптимального уровня напряжения на промысловой подстанции, обеспечивающего требуемый критерий оптимизации. Рассмотрена неразветвленная отходящая от промысловой подстанции линия, осуществляющая питание произвольного количества электротехнических комплексов добывающих скважин. Показано, что эти комплексы могут содержать как погружные центробежные насосы, так и штанговые скважинные насосные установки, приводимые в действие асинхронными двигателями. Математические модели электротехнических комплексов добывающих скважин являются нелинейными и описываются дифференциальными уравнениями высокого порядка. Поэтому задачу поиска оптимального уровня напряжения промысловой подстанции можно решить только с помощью численных методов. Разработан алгоритм расчета оптимальной величины напряжения, учитывающий технологические особенности механизированной добычи нефти. Он представляет собой поисковый алгоритм, содержащий три внутренних цикла: вариации напряжения на самом удаленном от промысловой подстанции асинхронном двигателе, перебора узлов отходящей линии и уравнивания напряжения в узлах при изменении нагрузки электротехнических комплексов добывающих скважин. Приведены известные аналитические выражения для расчета активной, реактивной и полной нагрузки повышающих и понижающих трансформаторов, применяемых в рассматриваемых электротехнических комплексах, а также потерь мощности на этих элементах и на воздушных и кабельных линиях. Отличительной особенностью представленного алгоритма является расчет скорости погружных и наземных асинхронных двигателей при изменении напряжения питания с учетом механических характеристик центробежных и плунжерных насосов. Приведен пример расчета оптимальной величины напряжения промысловой подстанции, питающей гипотетическую отходящую линию с тремя узлами. Отмечено, что разработанный алгоритм представляет собой отражение методики выбора оптимального напряжения промысловой подстанции. Причем этот алгоритм может быть адаптирован под любую отходящую линию, какой бы сложной и разветвленной она ни была.