Search

Актуальность. Определение основных электрических параметров нефтепогружных кабелей связано с необходимостью создания точных математических моделей станции управления системами - нефтепогружной кабель - погружной электродвигатель, в которых необходимо учитывать волновые процессы в протяженной кабельной линии, возникающие в связи с формой импульсов, генерируемых преобразователями частоты, входящими в состав современных пультов управления. Электрические параметры, такие как линейная емкость и индуктивность, не стандартизированы в технической литературе и не указываются в технических характеристиках производителями кабелей. Однако, очевидно, что создание систем управления и идентификация режимов работы ПЭД требует решения систем дифференциальных уравнений, включающих в качестве параметров заданные характеристики. Кроме того, современные концепции частотного регулирования электродвигателей, в частности погружных, указывают на то, что при работе преобразователей частоты на базе IGBTтранзисторов в сигнале питания ПЭД возникают высокочастотные перенапряжения, приводящие к появлению частичных разрядов в обмотках статора моторов. Этот факт будет усугубляться развитием более cильных полей с увеличением длины кабеля и, соответственно, большим влиянием волновых процессов на форму сигнала, подаваемого на ПЭД. Цель исследования заключается в разработке методики определения погонных электротехнических параметров нефтепогружного кабеля любых конструкций и используемых материалов. Методы: методы решения дифференциальных уравнений, полевых задач, численное конечно-элементное моделирование. Результаты. Разработана методика определения погонных ёмкостей и погонных индуктивностей жил и брони нефтепогружного кабеля, основанная на решении дифференциальных уравнений для эталонной «справочной» модели и численном моделировании идентичной конструкции в COMSOL Multiphysics® Version 5.5a. Указано, что конечно-элементное моделирование в COMSOL Multiphysics® Version 5.5a корректно и с достаточной точностью (ошибка менее 5 %) совпадает с результатами решения уравнений, приведённых в справочной литературе. Определены погонные значения ёмкостей и индуктивностей для наиболее распространённых конструкций нефтепогружных кабелей. The relevance. Determination of the main electrical parameters of oil submersible cables is associated with the need to create accurate mathematical models of the systems control station - oil submersible cable - submersible motor, in which it is necessary to take into account wave processes in a long cable line arising in connection with the shape pulses generated by frequency converters included in the set of modern control stations. Electrical parameters such as linear capacities and inductances are not standardized in the technical literature and are not indicated in the technical specifications by cable manufacturers. However, it is obvious that the creation of control systems and identification of the SEM operation modes requires the solution of systems of differential equations, which include the specified characteristics as parameters. In addition, modern concepts of frequency control of electric motors, in particular submersible, indicate that during operation of frequency converters based on IGBT transistors, high-frequency overvoltages arise in the SEM supply signal, leading to the appearance of partial discharges in the stator windings of the motors. This fact will be aggravated by the development of deeper fields, with a longer cable length and, accordingly, a greater influence of wave processes on the shape of the signal supplied to the SEM. The main aim of the research consists in development of a method for determining the linear electrical parameters of the submersible cable of any designs and materials used. Methods: methods for solving differential equations, field problems, numerical finite element modeling, and a physical experiment. Results. A method was developed for determining the linear capacities and inductances of conductors and armor of an oil-submersible cable, based on solving differential equations for a «reference» model, numerical modeling of an identical design in COMSOL Multiphysics® Version 5.5a, comparison of the obtained values with experimental data. It is indicated that the finite element modeling in COMSOL Multiphysics® Version 5.5a is correct and with sufficient accuracy (error less than 5 %) coincides with the results of solving the equations given in the reference literature. The linear values of capacities and inductances have been determined for the most common designs of oil-submersible cables.

Одной из основных проблем в процессе эксплуатации скважин, оборудованных установками электрических центробежных насосов, является определение технического состояния погружного электрооборудования и предотвращение его отказов. Среди различных подходов к решению данной задачи можно выделить метод определения технического состояния установки электроцентробежных насосов с использованием полной настраиваемой математической модели установки, включающей модель погружного электродвигателя. Рассмотрен подход к определению и восстановлению необходимых параметров для настройки модели погружного электродвигателя на основании данных, приведённых в протоколе испытаний погружного электродвигателя. Цель: разработка методики по восстановлению параметров схемы замещения для погружного электродвигателя на основании типовых данных, содержащихся в протоколе приёмо-сдаточных испытаний. Методы. Предложенный подход основан на совместном использовании настраиваемой динамической модели асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и алгоритмом дифференциальной эволюции. Фактически решение задачи по определению параметров схемы замещения погружного электродвигателя сводится к решению задачи глобальной оптимизации, т. е. к задаче на поиск глобального (наилучшего) минимума функции. Результаты. Разработан подход для восстановления параметров схемы замещения погружного электродвигателя, который позволяет устанавливать приемлемые для практики значения параметров схемы замещения для погружного электродвигателя по результатам испытаний; проверена работоспособность разработанного подхода идентификации с применением методов глобальной оптимизации и математического моделирования погружных асинхронных электродвигателей; полученные оценки являются устойчивыми для всех параметров схемы замещения кроме параметра механической подсистемы. One of the main problems in operation of wells equipped with installations of electric centrifugal pumps is determining the technical condition of submersible electrical equipment and preventing its failures. Among the various approaches to solving this problem, one can single out a method for determining the technical state of an installation of electric centrifugal pumps using a complete customizable mathematical model of the installation, including a model of a submersible induction motor. This article discusses an approach to determining and restoring the necessary parameters for tuning a submersible induction motor model based on the data given in the submersible induction motor test report. The main aim of the research is to develop a methodology for restoring the parameters of the equivalent circuit for submersible induction motor on the basis of typical data contained in the acceptance test report. Methods. The proposed approach is based on the combined use of a tunable dynamic model of a squirrel-cage induction motor and a differential evolution algorithm. The actual solution to determine the parameters of submersible induction motor damage is reduced to solving the global optimization problem, i. e. to the problem of finding the global (best) minimum of a function. Results. The authors have developed an approach for restoring the parameters of the submersible induction motor equivalent circuit, which allows setting the values of the equivalent circuit parameters for the submersible induction motor, acceptable for practice, according to the test results; the performance of the developed identification approach was tested using global optimization methods and mathematical modeling of submersible induction motors; the obtained estimates are stable for all parameters of the equivalent circuit except for the parameter of the mechanical subsystem.

Актуальность. Доля электроэнергии, вырабатываемой установками на основе возобновляемой энергии, постоянно растет, в связи с чем потребность в развитии систем питания и автоматического управления электрическими машинами, лежащими в основе ветро- и гидрогенераторов, не теряет актуальности. В составе таких генераторных установок переменного тока применяют синхронные электрические машины, асинхронные машины с фазным и короткозамкнутым ротором. Преобразователи частоты, устанавливаемые в статорные и роторные цепи асинхронных машин переменного тока, позволяют управлять процессами их возбуждения, однако для начала генерации требуется использовать дополнительные внешние источники питания. Благодаря остаточному намагничиванию в магнитопроводе можно обеспечить процесс гарантированного самовозбуждения асинхронной машины c короткозамкнутым ротором с помощью подключения батарей конденсаторов к ее статорным обмоткам без применения дополнительного внешнего источника питания. Предложенный способ нестационарного конденсаторного возбуждения позволяет обеспечить адаптацию генераторной установки к изменению режимов работы в условиях децентрализованного электроснабжения. Цель: исследовать предложенную систему стабилизации напряжения асинхронной машины с короткозамкнутым ротором с варьируемым конденсаторным возбуждением в составе источника возобновляемой энергии. Методы: теоретические - теория дифференциальных уравнений, методы численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений, теория электропривода, теория электрических машин, численные методы аппроксимации данных, и экспериментальные - проведение испытаний асинхронной электрической машины с нестационарным конденсаторным возбуждением на разработанном испытательном стенде с целью получения нагрузочных характеристик и осциллограмм напряжений на обмотках статора асинхронных машин с короткозамкнутым ротором в различных режимах работы, методы исследования. Результаты. Разработана и изготовлена оригинальная экспериментальная установка с узлом, имитирующим работу турбины. Электромеханический преобразователь энергии выполнен в виде асинхронной машины с короткозамкнутым ротором с нестационарным конденсаторным возбуждением. Блок управления установкой выполнен в виде интегрированного с силовым блоком гальванически развязанного модуля во влагостойком исполнении с применением беспроводного интерфейса связи Bluetooth. Описан и протестирован способ коммутации батарей конденсаторов с применением тиристоров в качестве управляемого ключа с двухсторонней проводимостью. Анализ полученных нагрузочных характеристик показывает принципиальную возможность обеспечить гарантированную выработку электроэнергии со стабилизацией напряжения в допустимых пределах изменения мощности нагрузки. Примененная в составе экспериментальной установки система автоматической коммутации конденсаторов с варьируемой в зависимости от потребляемой мощности емкостью позволила обеспечить приемлемое время динамической реакции на возмущающее воздействие при нестационарной нагрузке. The relevance. The share of electricity generated by installations based on renewable energy is constantly growing, and therefore the need for the development of power supply systems and automatic control of electrical machines underlying wind and hydro generators is still relevant. As part of such alternating current generator sets, synchronous electric machines, induction generator with phase and squirrel-cage rotor are used. Frequency converters installed in the stator and rotor circuits of induction generators make it possible to control their excitation, however, to start generation, additional external power sources must be used. Due to the residual magnetization in the magnetic circuit, it is possible to ensure the process of guaranteed self-excitation of the induction generator by connecting the capacitor banks to the electrical circuit of its stator without using an additional external power source. The proposed method of non-stationary capacitor excitation makes it possible to ensure the adaptation of the generator set to the change in operating modes under conditions of decentralized power supply. The main aim of the research is to study the proposed voltage stabilization system of squirrel-cage induction generator with a short-circuit rotor with variable capacitor excitation as part of a renewable energy source. Methods. To achieve the goal of the study, theoretical and experimental research methods were used. Theoretical research methods include the theory of differential equations, methods for the numerical solution of ordinary differential equations, the theory of electric drives, the theory of electrical machines, numerical methods for approximating data. The basis of experimental research is testing an induction generator with non-stationary capacitor excitation on a developed test bench in order to obtain load characteristics and oscillograms of voltages on the stator windings self-excitation of squirrel-cage induction generator rotor in different operating modes. Results. An original experimental setup with a unit imitating the operation of a turbine, an electromechanical energy converter in the form of squirrel-cage induction generator with non-stationary capacitor excitation has been developed and manufactured. The control system is made in the form of a galvanically isolated module integrated with the power unit in a moisture-resistant design using a wireless Bluetooth communication interface. A method for switching capacitor banks using thyristors as a controlled switch with two-way conduction is described and tested. The analysis of the obtained load characteristics shows the fundamental possibility of ensuring a guaranteed generation of electricity with voltage stabilization within the limits of load power variation. The system of automatic switching of capacitors with a capacitance varying depending on the power consumption applied as part of the experimental setup made it possible to provide an acceptable time for dynamic response to a disturbing effect under nonstationary load.

Актуальность. В районах добычи нефти и газа в связи с интенсивным развитием распределенной энергетики можно прогнозировать появление активных потребителей, использующих работающие на попутном нефтяном газе газотурбинные установки. При этом представляется недостаточно изученным вопрос переходных процессов, возникающих при подключении активного потребителя к системе электроснабжения нефтегазодобывающего предприятия. При сильных возмущениях режима при условии наличия нелинейных элементов переходные процессы могут завершиться устойчивыми хаотическими колебаниями - аварийным режимом работы электросистемы. Таким образом, существует необходимость изучения подключения активного потребителя к централизованным системам электроснабжения в районах добычи нефти и газа. Цель: рассмотрение переходных процессов, возникающих при включении электрических систем активного потребителя и нефтегазодобывающего предприятия на параллельную работу. Объекты: электрические системы активного потребителя и нефтегазодобывающего предприятия. Методы. Переходные процессы в электрических системах активного потребителя и нефтегазодобывающего предприятия исследуются путем компьютерного моделирования в программном пакете Simscape Power Systems (Matlab). В компьютерной модели при построении структурных схем электросистем, выборе мощности элементов и уровня напряжений использованы основы электроснабжения промышленных предприятий. Расчет значений параметров элементов электросистем выполнен на основе теории электрических машин и теоретических основ электротехники. Результаты моделирования показывают при включении методом точной синхронизации генератора активного потребителя на параллельную работу с внешней системой нормальный переходный режим длительностью 4 секунды. При несинхронном включении генератора в электросистеме возникают устойчивые хаотические колебания. На хаотические колебания указывает апериодический характер изменения во времени значений частоты, напряжения и мощности, а также нестранный хаотический аттрактор напряжения с положительным показателем Ляпунова 0,44. При хаотическом режиме работы на шинах промысловой подстанции диапазон изменений значений активной мощности составляет 18 кВт, частоты - 1,5 Гц, напряжения - 400 В. Relevance of the research. In the areas of oil and gas production in relation to the intensive development of distributed generation, it is possible to predict the emergence of prosumers using gas turbine units running on associated petroleum gas. At the same time, the question of transient processes arising when a prosumer is connected to the power supply system of an oil and gas production enterprise seems to be little studied. As a result of the non-synchronous activation of the gas turbine installation of a prosumer, transients can turn into steady chaotic oscillations - electrical system emergency state. Thus, there is a need to study the connection of a prosumer to centralized power supply systems in oil and gas production areas. The aim of the research is to investigate the transient processes occurring when connecting a prosumer electrical system in parallel operation with oil and gas production enterprise electrical system. Objects: electrical systems of the oil and gas production enterprise and the prosumer. Methods. Transient processes in electrical power systems of a prosumer and an oil and gas production enterprise are investigated by computer simulation in the software package Simscape Power Systems (Matlab). Theoretical foundations of power supply for industrial enterprises were used in developing the circuit diagrams of electrical systems and determining the power of elements and voltage levels. Theoretical foundations of electrical engineering and electrical-machine theory were used in determining the system component parameter values. Results. The simulation results show a normal transitional mode lasting 4 s when the prosumer generator is switched on by the precision synchronization method for parallel operation with an outside system. When the generator is switched on asynchronously, the electrical system shows steady chaotic oscillations. Chaotic oscillations are indicated by the aperiodic nature of the change in time of the values of frequency, voltage, and power, as well as the non-strange chaotic attractor with a positive Lyapunov exponent of 0,44. Chaotic operating regime shows the field substation bus power range 18 kW, frequency range 1,5 Hz, voltage range 400 V.

Актуальность. В технологиях, связанных с подготовкой буровых растворов и разжижением высоковязких нефтепродуктов, перспективно применение вибрационных электромагнитных активаторов. Вибрационные электромагнитные активаторы, работающие на околорезонансных частотах в предельных безударных режимах с настройкой на максимальную энергоэффективность, требуют определения индуктивности катушек при фиксированных значениях магнитного зазора. Одним из наиболее перспективных способов определения индуктивности является предварительная идентификация параметров настраиваемой модели по кривым затухания тока. Цель: разработать способ идентификации индуктивности катушки вибрационного электромагнитного активатора при фиксированной величие магнитного зазора на основе регрессионного анализа свободной составляющей тока. Методы: обыкновенные дифференциальные уравнения, прямое преобразование Лапласа при ненулевых начальных условиях, передаточные функции, импульсные переходные характеристики, регрессионный анализ, методы решения дифференциальных уравнений, метод Ньютона, теория оптимизации, минимизация на основе суммы квадратов невязок целевой функции. Результаты. Показан способ предварительной идентификации индуктивности катушек вибрационного электромагнитного активатора на основе регрессионного анализа кривой затухания тока. Выведено выражение для целевой функции и составлено нелинейное алгебраическое уравнение относительно ее производной по оцениваемому параметру. При существенном отклонении априорных значений оцениваемой величины от истинного как в большую, так и в меньшую сторону продемонстрирована работоспособность, быстрота сходимости и динамика изменения погрешности разработанного способа. При использовании 10-разрядного аналогово-цифрового преобразователя для вхождения в зону нечувствительности алгоритму предварительной идентификации индуктивности потребуется не более 11 циклов расчета, а при использовании 12 разрядного аналогово-цифрового преобразователя – не более 13 циклов расчета. The relevance. In technologies related to preparation of drilling fluids and thinning down of highly viscous oil products, it is promisingly to use the vibration electromagnetic activators. Vibration electromagnetic activators, operating at near-resonant frequencies in limit shockfree modes with the maximum energy efficiency, requires the determination of the coil inductance at fixed values of the magnetic gap. One of the most promising methods for determining inductance is the preliminary identification of the parameters of adaptive model by falling current curve. The main aim of the research is to develop a method of identification the inductance of a vibration electromagnetic activator coil with a fixed value of the magnetic gap based on regression analysis of the free component of the current. Methods: ordinary differential equations, Laplace transform with zero initial conditions, transfer function impulse response, regression analysis, the methods of differential equations solving, Newton method, theory of optimization, minimization based on sum squares of residuals objective function. Results. The paper introduces the method for preliminary identification of the inductance of vibration electromagnetic activator coils based on a regression analysis of falling current curve. The authors have concocted out the formula for objective function and composed a nonlinear algebraic equation relative to its derivative with respect to the estimated argument. The paper demonstrates the operational integrity, speed of convergence and dynamics of changing the error in the developed method with a significant deviation of the a priori values of the estimated value from the true one, both up and down. When using a 10-bit analog-to-digital converter, the algorithm for рreliminary identification of inductance will require no more than 11 calculation cycles to enter the dead zone, and when using a 12-bit analog-to-digital converter, no more than 13 calculation cycles.

Актуальность. Нефтепогружной кабель предназначен для передачи электрической энергии от источника энергии к погружным электродвигателям установок добычи нефти. Амплитудно-частотная характеристика ненагруженного кабеля отличается резонансными пиками, локализованными в более узкой полосе частот, наличие которых позволяет корректно провести оптимизацию порядка редуцированной модели кабельной линии на основе критерия минимума ошибки. Основными способами математического описания модели нефтепогружного кабеля являются системы обыкновенных дифференциальных уравнений и системы дифференциальных уравнений в частных производных. Первый способ математического описания модели нефтепогружного кабеля, состоящей из одного элементарного четырехполюсника с продольной активно-индуктивной и поперечной активно-емкостной составляющими, позволяет произвести расчёт баланса мощностей и расчёт передачи энергии на первой гармонике, с учетом потерь на омическом (активном) сопротивлении, а также потерь в изоляции кабеля. Применение математической модели, состоящей из одного элементарного четырехполюсника, недопустимо для более сложных задач, таких как диагностика места повреждения кабеля, идентификация и оценивание параметров погружного двигателя на основе наземных измерений, управление переходным процессом погружного двигателя при пуске и других. Второй способ математического описания модели нефтепогружного кабеля основывается на «телеграфных» уравнениях в форме системы дифференциальных уравнений в частных производных. Основное достоинство такой математической модели заключается в повышенной точности анализа специфических режимов, присущих длинным электрическим линиям, таких как прямые и обратные волны, резонансные явления, возникающие при взаимном обмене энергией между электрической и магнитной компонентой электромагнитного поля и т. д. К недостаткам можно отнести технические трудности совмещения математической модели кабеля на основе системы дифференциальных уравнений в частных производных и математической модели погружного двигателя на основе системы дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши. Также модели длинных электрических линий на основе «телеграфных» уравнений на практике крайне сложно реализовать в микроконтроллере для использования в системах реального времени, построенных на основе цифровых сигнальных процессов. С точки зрения применения динамических моделей в цифровых системах реального времени, актуальным является переход от математической модели кабеля с распределенными параметрами к математической модели кабеля с сосредоточенными параметрами, т. е. к четырехполюсникам. В то же время при таком переходе недопустимо применять математическую модель, представленную одним звеном, так как возникают неприемлемые несоответствия между работой реального объекта и математической моделью этого объекта. Это, в свою очередь, не позволяет достоверно отобразить процессы, протекающие в кабеле при питании от частотного преобразователя. Применение модели с практически бесконечным числом четырехполюсников не является целесообразным, так как расчет такой модели займет большое количество процессорного времени, что недопустимо в системах реального времени и нивелирует преимущества перехода от математической модели с распределенными параметрами. Учитывая сказанное, определение оптимального порядка редуцированной динамической модели ненагруженного нефтепогружного кабеля на основе аппроксимации его амплитудно-частотной характеристики является актуальной, научной и практически значимой задачей. Цель: разработка методики определения минимально необходимого и достаточного количества звеньев редуцированной динамической математической модели нефтепогружного кабеля с сосредоточенными параметрами для использования с заданной точностью в переходных и установившихся режимах работы. Методы: системы дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши, системы дифференциальных уравнений в частных производных, нелинейные алгебраические уравнения, метод Крамера, численные методы, теория четырехполюсников, теория длинных линий с распределенными параметрами, метод пространства состояний, методы частотного анализа, методы оптимизации. Результаты. Получена редуцированная динамическая модель, состоящая из минимально необходимого и достаточного количества четырехполюсников, позволяющая с заданной точностью провести анализ переходных и установившихся электромагнитных процессов по длине кабельной линии и при различных формах напряжения на входе. Полученная редуцированная модель применима для задач идентификации параметров кабеля, диагностики целостности электрических цепей, определения характера распределения напряжений по длине кабельной линии. Полученная редуцированная динамическая модель позволяет оценивать весь спектр динамических режимов работы в отличие от модели прототипа. Разработанная редуцированная динамическая модель погружного кабеля, описанная в обыкновенных дифференциальных уравнениях, представлена в удобной форме записи математического описания кабеля как подсистемы электротехнического комплекса установки электроцентробежного насоса. The relevance. An oil-submersible cable transfers electrical energy from an energy source to submersible electric motors of oil production plants. Resonant peaks localized in a narrower frequency band characterize the frequency response of an unloaded cable, which allows us to correctly optimize the order of the reduced cable line model based on the minimum error criterion. The principal methods of mathematical description of the oil-submersible cable model are systems of ordinary differential equations and systems of partial differential equations. The first method of mathematical description of the model of an oil-submersible cable comprising one elementary four-pole with a longitudinal active-inductive and transverse active-capacitive components allows calculating the power balance and the energy transfer at the first harmonic, considering losses on the ohmic (active) resistance, as well as losses in cable insulation. Using a mathematical model comprising one elementary four-pole is unacceptable for more complex tasks, such as diagnostics of the cable damage site, identification and evaluation of the parameters of the submersible engine based on ground measurements, control of the transient process of the submersible engine during start-up, and others. The second method of mathematical description of the oilsubmersible cable model is based on «telegraphic» equations as partial differential equations. The main advantage of such a mathematical model is the increased accuracy of the analysis of specific modes inherent in long electric lines, such as forward and reverse waves, resonant phenomena that occur during the mutual exchange of energy between the electric and magnetic components of the electromagnetic field. The disadvantages include the technical difficulties of combining a mathematical model of a cable based on a partial differential systems of differential equations and a mathematical model of a submersible engine based on a system of differential equations in the normal Cauchy form. Also, it is extremely difficult to implement models of long electric lines based on «telegraph» equations in practice in a microcontroller for real-time systems built based on digital signal processes. From the point of view of applying dynamic models in real-time digital systems, the transition from a mathematical model of a cable with distributed parameters to a mathematical model of a cable with concentrated parameters, i. e. to four-pole cables, is relevant. With such a transition, it is unacceptable to use a mathematical model represented by one link, since unacceptable inconsistencies arise between the work of a proper object and the mathematical model of this object. This does not allow us to reliably display the processes occurring in the cable when powered by a frequency converter. Using a model with an almost infinite number of four-poles is not advisable, since the calculation of such a model will take a large amount of processor time, which is not acceptable in real-time systems and negates the advantages of switching from a mathematical model with distributed parameters. Considering the above, determining the optimal order of the reduced dynamic model of an unloaded oil-submersible cable based on the approximation of its frequency response is an urgent, scientific and practically significant task. The main aim of the research is to develop a method for determining the minimum required and sufficient number of links of a reduced mathematical model of an oil submersible cable with lumped parameters for its operation with an accuracy in transient and steady-state operating modes. Methods: system of differential equations in Cauchy normal form, system of partial differential equations, nonlinear algebraic equations, Cramer's method, numerical methods, theory of four-poles, theory of long lines with distributed parameters, state space method, methods of frequency analysis, optimization methods. Results. The authors have got a reduced dynamic model, comprising the minimum required and sufficient number of two-port networks, which makes it possible with an accuracy to analyze transient and steady-state electromagnetic processes along the length of the cable line and at various forms of voltage at the input. The resulting reduced model is applied for identification of cable and submersible motor parameters; constructing observers of variable states of a submersible electric motor; diagnostics of the integrity of electrical circuits; determination of stress distribution along the length of the cable line. The resulting reduced dynamic model allows as well evaluating the entire range of dynamic modes of operation, in contrast to the prototype model. The developed reduced dynamic model of a submersible cable, described in ordinary differential equations, is a convenient notation for the mathematical description of the cable as a subsystem of the electrical complex of an electric centrifugal pump installation.

Актуальность исследования обусловлена назревшей необходимостью разработки модели оценки точности определения пространственного положения объектов, а также отслеживания положения и движения их границ системой технического зрения, которая в составе автоматизированных комплексов может применяться при проведении различных геодезических работ, для маркшейдерского обеспечения подземного строительства, 3D-реконструкции ландшафта поверхности земли, картографировании местности, при выполнении работ в горной промышленности, а также обслуживании крупногабаритных и протяжённых объектов. Особенно актуально применение систем технического зрения, позволяющих осуществлять пространственные измерения, в тех случаях, когда традиционные лазерные средства не обеспечивают высокую эффективность, например, из-за высокой степени рассеивания или наоборот поглощения лазерного излучения поверхностью наблюдаемого объекта или его малыми угловыми размерами. Цель: оценить геометрию измерительного пространства и определить закономерности распределения погрешности измерений в её границах. Постановка задачи: разработка имитационной модели, обеспечивающей с учётом технических данных камер, их взаимных положения и ориентации, а также влияния на измерительный процесс случайных составляющих, возникающих как в процессе сборки системы, так и при её эксплуатации, реконструкция формы и размеров измерительного пространства, а также визуализация распределения погрешностей измерения координат объектов. Методы: метод математического моделирования. Новизна разработанной модели характеризуется тем, что в ней впервые была реализована возможность оценивания распределения ошибок определения координат системой технического зрения по всей глубине её измерительного пространства. При моделировании нет ограничений по взаимному положению камер и обязательной их однотипности. В модели впервые учитываются случайные погрешности, связанные как с определением взаимной ориентации положения камер, так и с неточностями при их изготовлении, а также возможностями применённой методики калибровки системы. Результат. Приведены результаты анализа известных из уровня науки и техники моделей оценки погрешности определения трёхмерных координат объектов системой технического зрения, показаны их недостатки. Раскрыта сущность и основные этапы преобразований при разработке модели оценки погрешностей определения координат объектов и их распределения по измерительному пространству системой технического зрения. Выводы. Модель на основе множества внешних и внутренних параметров камер, а также с учётом ожидаемых случайных погрешностей при сборке и настройке измерительной системы позволяет оценивать погрешность определения координат объектов и геометрию измерительного пространна. Представленная модель позволяет оценивать точность определения пространственных координат объектов, положения и движения их границ при применении систем технического зрения в составе геодезических автоматизированных измерительных комплексов. Кроме этого, применение данной модели даёт возможность оптимизировать процесс формулирования технических требований к видео- или фотокамерам и их взаимному положению в процессе проведения измерений. The relevance of the study is caused by the urgent need to develop a model for assessing the accuracy of determining the spatial position of objects, as well as tracking the position and movement of their boundaries by a computer vision system, which, as part of automated systems, can be used when carrying out various geodetic works, for surveying support of underground construction, 3D reconstruction of the surface landscape land, terrain mapping, when performing work in the mining industry, as well as servicing large and extended objects. It is especially important to use computer vision systems that allow spatial measurements in cases where traditional laser means do not provide high efficiency, for example, due to a high degree of scattering or, conversely, absorption of laser radiation by the surface of the observed object or small angular dimensions. Purpose: assessment of the measurement space geometry and determine the distribution patterns of the measurement accuracy within its boundaries. Problem statement: development of a simulation model that provides reconstruction of the form and dimensions of the measurement space and visualization of the distribution of measurement accuracy of coordinates of objects, taking into account the technical data of the cameras, their relative positions and orientations, as well as the influence on the measuring process of random components arising both during the assembly of the system and during its operation. Methods: mathematical model method. The novelty of the developed model is characterized by the fact that it was the first one to realize the possibility of estimating the distribution of errors in determining coordinates by the technical vision system over the entire depth of its measuring space. When modeling, there are no restrictions on the relative position of the cameras and their obligatory uniformity. For the first time, the model takes into account random errors associated with both the determination of the relative orientation of the position of the cameras, and with inaccuracies in their manufacture, as well as the capabilities of the applied system calibration method. Results. The paper introduces the results of the analysis of models known from the level of science and technology for assessing the accuracy in determining the three-dimensional coordinates of objects by the technical vision system, their disadvantages are shown. The essence and main stages of transformations in the development of the model for assessing the accuracy in determining the coordinates of objects and their distribution over the measuring space by the computer vision system are disclosed. Conclusions. The model based on the set of external and internal parameters of the cameras, as well as taking into account the expected random errors in the assembly and adjustment of the measuring system, makes it possible to estimate the accuracy in determining the coordinates of objects and the geometry of the measuring space. The presented model makes it possible to evaluate the accuracy of determining the spatial coordinates of objects, the position and movement of their boundaries when using computer vision systems as part of geodetic automated measuring systems. In addition, the use of this model makes it possible to optimize the process of formulating technical requirements for video or cameras and their relative position in the course of measurements.

Актуальность. На сегодняшний день добыча нефти, как правило, осуществляется механизированным способом, который является достаточно энергоемким. В структуре себестоимости добычи нефти на стоимость электроэнергии приходится от 30 до 35 % затрат. Если учесть, что добыча нефти погружными установками не обходится без потерь мощности, которые составляют от 20 до 40 % от потребляемой электроэнергии, то технологии повышения энергоэффективности добычи обладают большим потенциалом внедрения. Одним из перспективных направлений уменьшения потребления электроэнергии погружными установками является технология внутрискважинной компенсации реактивной мощности. С одной стороны, внедрение внутрискважинных компенсаторов приводит к увеличению затрат на закупку, обслуживание, мобилизацию или прокат погружной установки. С другой стороны, использование внутрискважинных компенсаторов приводит к снижению затрат на электроэнергию и повышению эффективности производства. Применение внутрискважинных компенсаторов позволяет уменьшить потери активной мощности в системе передачи электроэнергии погружной установки за счет снижения реактивной составляющей тока погружного электродвигателя. Тем не менее, при разных технических характеристиках оборудования погружной установки эффект от применения внутрискважинного компенсатора будет отличаться. В связи с этим, следует исключить ситуации, когда затраты на внедрение внутрискважинных компенсаторов будут выше положительного эффекта от внедрения. Возникает необходимость определения совокупной стоимости владения установкой электроцентробежного насоса с внутрискважинным компенсатором реактивной мощности. Цель: провести анализ снижения текущих затрат на электроэнергию при использовании установок электроцентробежных насосов с внутрискважинным компенсатором реактивной мощности. Объект: участок системы электроснабжения куста нефтедобывающих скважин, оснащенных установками электроцентробежного насоса. Методы: законы теоретических основ электротехники, теории электропривода, методы имитационного моделирования и технико-экономического обоснования. Имитационное моделирование участка системы электроснабжения куста скважин выполнено в программном комплексе MatLab Simulink. Результаты. Описана методика расчета совокупной стоимости владения установкой электроцентробежного насоса с внутрискважинным компенсатором. Имитационная модель участка системы электроснабжения куста скважин построена в программном комплексе MatLab Simulink. Установлено, что использование внутрискважинных компенсаторов приводит к снижению затрат на электроэнергию при владении погружной установкой. Максимальное снижение затрат на электроэнергию на одной из исследуемых погружных установок составило 303,6 тыс. р. в год. The relevance. Today, the production of oil is generally carried out in a mechanized manner, which is sufficiently energy intensive. In the cost structure of oil production, the value of electric power is from 30 to 35 % of the value. Considering that the submersible plants oil production is impossible without loss of power that is 20 to 40 % power consumption, the technology to increase the energy efficiency oil production has a high potential of embedding. One of the promising directions of electric power consumption reduction by submersible installations is the technology of submersible compensation. On the one hand, the introduction of the submersible compensator results in increase of the cost of purchase, maintenance, mobilization or hire of the submersible plant. On the other hand, the use of submersible compensator reactive power results in reduction of the cost of electric power and increase in production efficiency. The use of submersible compensators makes it possible to reduce the loss of active power in the power transmission system of the submersible installation by reducing the reactive component of the current submersible motor. However, with different technical characteristics of the submersible installation equipment, the effect of the submersible compensator will be different. In this relation, it should be avoided that the cost of introduction of the submersible compensators will be higher than the positive effect of introduction. It is necessary to determine the aggregate cost of possession of an electric centrifugal pump installation with a submersible compensator reactive power. The aim of the research is to analyze the reduction of current electric power consumption with the use of the installations electric centrifugal pumps with the submersible compensator reactive power. The object: portion of the power supply system of a cluster oil producing wells equipped with installations electric centrifugal pump. Methods: laws of electrical engineering theory, electric drive theory, simulation methods and technical-economic rationale. Imitation modeling of a portion of the power supply system of the well cluster is performed in a Software Complex of MatLab Simulink. Result. The paper describes the method of calculation of aggregate cost of possession of electric centrifugal pump with submersible compensator. The software model of the section power supply system of the well cluster is built in the MATLAB Simulink. It was found that the use of submersible compensators results in reduction in power consumption at the ownership of a submerged installation. The maximum reduction in power consumption on one of the test submersible units was 303,6 thousand rubles in year.

Актуальность работы обусловлена необходимостью верификации данных узла «погружной электродвигатель – внутрискважинный компенсатор», полученных на имитационной модели с результатами стендовых испытаний. Внутрискважинная компенсация реактивной мощности является относительно новой технологией повышения энергетической эффективности нефтедобывающих объектов по сравнению с существующими способами. Ввиду технических особенностей размещения внутрискважинных компенсаторов реактивной мощности в эксплуатационной колонне нефтедобывающей скважины, в некоторых случаях, экономически не целесообразно исследование установки электроцентробежного насоса с внутрискважинным компенсатором, с целью определения оптимальных параметров работы установки на реальном объекте. Поэтому разработка адекватной имитационной модели узла «погружной электродвигатель – внутрискважинный компенсатор» является важной задачей, позволяющей при минимальных материальных затратах решить проблемы построения, функционирования и модернизации установок электроцентробежных насосов. Цель: исследование внутрискважинного компенсатора реактивной мощности в программной среде Matlab Simulink и экспериментальные исследования погружного асинхронного электродвигателя с внутрискважинным компенсатором на лабораторном стенде. Объект: погружной асинхронный электродвигатель с внутрискважинным компенсатором реактивной мощности. Методы. При разработке имитационной модели погружного асинхронного электродвигателя использованы готовые блоки библиотеки SimPowerSystem программного комплекса MATLAB Simulink. Для проверки адекватности имитационной модели изготовлен погружной асинхронный электродвигатель и опытный образец внутрискважинного компенсатора реактивной мощности. Стендовые испытания проведены на заводе ООО «Алмаз», имеющем лицензированные лаборатории и аттестованных специалистов. Результаты. Разработана имитационная модель узла нагрузки «ПЭД-ВКРМ» для моделирования электромеханических процессов узла. Разработан опытный образец внутрискважинного компенсатора реактивной мощности. По результатам стендовых испытаний получены рабочие характеристики погружного асинхронного электродвигателя с внутрискважинным компенсатором. Проведена верификация данных, полученных на имитационной модели, с результатами эксперимента. Расхождения между расчетными и экспериментальными данными составили менее10 %. Таким образом, разработанная имитационная модель узла нагрузки «ПЭД-ВКРМ» адекватно отображает электромеханические процессы узла. Определены перспективы проведения опытно-промышленных испытаний погружного асинхронного электродвигателя с внутрискважинным компенсатором реактивной мощности. The relevance of the research is conditioned by the need to verify the data of «submersible motor - downhole compensator» node obtained on the simulation model with the results of bench tests. The downhole compensation of reactive power is a relatively new techno- logy to improve the energy efficiency of oil production facilities compared to the existing methods. Due to the technical features of placement of reactive power compensators in the production string of an oil well, in some cases, it is not economically feasible to study the installation of an electric centrifugal pump with a downhole compensator to determine the optimal parameters of the installation at the real site. Therefore, the development of an adequate simulation model of the «submersible electric motor - downhole compensator» node is an important task, which allows solving the problems of construction, operation and modernization of electric submersible pumps at minimum material costs. The aim of the research is to study the downhole reactive power compensator in a Matlab Simulink software environment and experimental studies of an submersible asynchronous electric motor with an downhole compensator on a laboratory bench. Object: a submersible asynchronous electric motor with an intra-well reactive power compensator. Methods. SimPowerSystem library blocks of MATLAB Simulink software complex were used for development of the imitation model of submersible asynchronous electric motor. To check the adequacy of the simulation model, a submersible asynchronous electric motor and a prototype of an intra-well reactive power compensator were manufactured. Bench tests were carried out at the plant of Almaz LLC, which has licensed laboratories and certified specialists. Result. Simulation model of the load node «SEM-DRPC» (submersible electric motor-wellbore reactive power compensators) was developed to simulate electromechanical processes of the node. A prototype of an intra-well reactive power compensator was developed. Based on the results of bench tests of a submersible asynchronous electric motor with intra-well compensator, the operating characteristics were obtained. Verification of the data obtained on the simulation model with the results of the experiment is carried out. It is established that the developed simulation model of the load node «SEM-DRPC» adequately reflects the electromechanical processes of the node. Discrepancies between the calculated and the experimental data were less than 10 %. Prospects of experimental-industrial tests of the submersible asynchronous electric motor with intra-well reactive power compensator are determined.

Актуальность. В настоящее время в России создается интеллектуальная энергосистема с активно-адаптивной сетью - ИЭС ААС (за рубежом - Smart Grid). Сложность проектирования элементов архитектуры ИЭС ААС диктует необходимость создания PLM- системы для их реализации, способной прогнозировать улучшение в ходе НИОКР электрических и экологических показателей предприятия. Цель работы. Обсуждение опыта реализации на промышленно опасных объектах элемента ИЭС ААС - более частной САУ НРМ (системы автоматического управления напряжением и реактивной мощностью), базовым кластером которой являются FACTS-устройства. Обоснование необходимости междисциплинарного подхода при решении задач энергосбережения и экологической безопасности. Методы. Имитационное моделирование внедрения FACTS-устройств на промышленные предприятия было выполнено в специализированных ПО: RastrWin (Россия), DigSILENT (Германия), EasyPower (США). Результаты сопоставлялись с известными научными разработками в данной области. Результаты. В ходе обсуждения экономических преимуществ реализации НИОКР по внедрению FACTS-устройств на металлургических предприятиях и возможности параллельного решения экологических проблем производства удалось показать важность и актуальность междисциплинарного подхода при построении архитектуры ИЭС ААС. Доказано, что внедрение FACTS- устройств действительно обеспечивает значительный положительный технико-экономический эффект. Однако экологический эффект от их использования необходимо подтверждать с помощью специальных программ и баз данных, в частности разработанных авторами. Выводы. Авторы полагают, что основой создаваемой в ходе построения в России архитектуры Smart Grid системы CАУ НРМ обязательно должен стать процесс интеграции экологических и электросберегающих направлений. В работе показано, что разрабатываемый ООО «МЭК» программно-технический комплекс способен облегчить техническим специалистам решение следующих задач: выполнение комплексного предпроектного обследования (экологического и энергетического аудита); имитационное моделирование энергорайонов; выбор FACTS-устройств и определение их характеристик; оценку совместной работы технологического оборудования предприятия и FACTS-устройств (формирование базы данных). После изготовления и поставки ООО «МЭК» осуществляет удаленный контроль эффективности введенных в эксплуатацию энергосберегающих технологий, мониторинг изменения показателей выбросов и сбросов предприятием, анализ уровня заболеваемости населения. Relevance. Nowadays Russia is creating an intelligence power system with active-adaptive grid (Smart Grid)in. The complexity of the elements design of the Smart Grid architecture calls for the creation of PLM-system for their implementation. This PLM-system is supposed to predict the improvement in the R&D of electrical and environmental performance of the enterprise. Objective. Discussion of the practical experience of the implementation of the Smart Grid element (system of voltage and reactive power automatic control) on the industrial dangerous objects; the FACTS-devices are the basic cluster of this system. The rationale for an interdisciplinary approach in solving problems of energy saving and environmental safety. Methods. Simulation of FACTS-devices implementation at industrial enterprises was performed in specialized software: RastrWin (Russia), DigSILENT (Germany), EasyPower (USA). The results were compared with known scientific developments in this field. Results. During the discussion of the economic benefits of the FACTS-devices implementation at the metallurgical enterprises and the ability at the same time to solve the environmental problems of a factory, the authors found a way to show the importance and relevance of an interdisciplinary approach in constructing the architecture of the Smart Grid. It is proved that the introduction of FACTS-devices does provide a significant positive technical and economic effect. However, the environmental effect of their using should be confirmed by means of special software and databases, in particular, developed by the authors. Conclusions. The authors believe that the integration of environmental and electricity-saving ways has to become the foundation for the system of voltage and reactive power automatic control, as a part of Russian Smart Grid. It is shown that the software and hardware developed by International Energy Saving Corporation LLC help the technicians to solve the following problems: implementation of a comprehensive pre-examination (environmental and energy audits); simulation of power districts; selection of FACTS-devices and their specification determination; assessment of the collaborative work of the technological equipment of the enterprise and FACTS-devices (creation of databases). After manufacture and supply, International Energy Saving Corporation LLC controls the effectiveness of commissioned energy-saving technologies, monitors the changes in emissions and discharges of the enterprise, analyzes the level of morbidity.