Pressure Pump Power Control in the Primary Circuit of the Heat Exchange System

In this paper we consider the problem of speed in hot water systems where highly efficient plate heat exchanger is used. Especially marked the problem which is connected with long transition drive of constant speed exceeding the time of the heat exchanger accumulative tank emptying more than twice. As a regulating element in the heat exchange system there was proposed to use asynchronous electric drive of pressure pump in the primary circuit of the heat exchanger. For correct use of such electric drive we solved the problem of control object mathematical model synthesis, which has non-linear properties, in particular, the transfer coefficient of the circuit can vary in more than 6 times. At the same time there was revealed the dependence of the transfer coefficient on the motor speed, which must be considered in the controller synthesis. In conclusion we suggested the solutions of regulators synthesis tasks with customizable settings for speed and switchable structure between relay [lambda] and PI regulators

Optimal voltage regulator of power supply system for submersible processing equipment

The article considers the synthesis of the optimal voltage regulator for the electric power supply system of the electromechanical complex of the submersible apparatus with the power transmission through the cable line. Based on the reduced linearized model of the multidimensional nonlinear control object the regulator with adjustable parameters is synthesized, providing the DC voltage stabilization at the power supply system load. The variant of building proportional feedback on output state variables is used for the regulator in the system with parametric and external disturbances. Due to the technical impossibility of measuring the voltage on the load, a combined optimal regulator with negative feedback is organized, which makes it possible to stabilize the voltage at the payload within the specified limits when receiving data from the output filter of voltage source inverter

Optimal voltage regulator of power supply system for submersible processing equipment

The article considers the synthesis of the optimal voltage regulator for the electric power supply system of the electromechanical complex of the submersible apparatus with the power transmission through the cable line. Based on the reduced linearized model of the multidimensional nonlinear control object the regulator with adjustable parameters is synthesized, providing the DC voltage stabilization at the power supply system load. The variant of building proportional feedback on output state variables is used for the regulator in the system with parametric and external disturbances. Due to the technical impossibility of measuring the voltage on the load, a combined optimal regulator with negative feedback is organized, which makes it possible to stabilize the voltage at the payload within the specified limits when receiving data from the output filter of voltage source inverter

Mathematical model for the power supply system of an autonomous object with an AC power transmission over a cable rope

A modeling problem of the power system, which provides an AC power transmission to a submersible device over the conducting rope, was considered. The power supply system units and their parameters are described. The system multi-dimensional mathematical model in the variables state space with regard to the nonlinear characteristic of system elements is proposed

The power supply system model of the process submersible device with AC power transmission over the cable-rope

A practical problem of power supply system modeling for the process submersible device with AC power transmission over the cable-rope was considered. The problem is highly relevant in developing and operation of submersible centrifugal pumps and submersibles. The results of modeling a symmetrical three-phase power supply system and their compliance with the real data are given at the paper. The obtained results in the mathematical and simulation models were similar

Control strategy in accordance with economical criterion for electrotechnical installation of mechanized oil production

The relevance of the paper is determined by the need to improve oil production and it is caused by geopolitical, economical and geological factors. The most important problem is to improve functional characteristics of mechanized oil production systems because of their high power consumption. Nowadays the idea of intelligent well technology is widely used to solve the problems at oil production. It is implemented by using control, information and telecommunication systems, and the adjustable equipment. When developing control system it is necessary to provide achievement of global result such as the cost reduction of oil production. Therefore, it is necessary to apply the principles of system approach, and economic criteria to estimate system efficiency. The main purpose of the research is to improve functioning of electrotechnical installations of mechanized oil production using the system approach to control. The methods used in the study: the systemic analysis of tendencies in using control, information technologies and the adjustable equipment in oil production industry; synthesis of technical and economic decisions; methods of mathematical modeling. The results. The authors have developed the strategy of controlling the of electrotechnical installation operating modes in mechanized oil production. It allows optimizing oil production in real time as economically effective one. Conclusion. The modern potential of information technologies and adjustable oil production equipment is not fully used. The contradiction between opportunities of such equipment and their real using can be overcome by application of system approach to control the installations where economic criteria are the main indicators of effective functioning of the systems

Power supply system model of remote processing equipment

Nowadays, the relevant and challenging research areas are survey of crustal structure, natural environment of the world ocean, and oil and gas resource potential. To perform such studies, various submersible equipment with remote energy source is often applied. This equipment includes electrotechnical equipment of tethered submersibles and electric motors of submersible centrifugal pumps. Longterm operation of such processing equipment requires continuous electric power supply over a cable-rope. This problem can be solved using specialized power supply systems that provide the necessary voltage conversion of the primary energy source, most often of limited power. The main aim of the research is to solve the problem of approximating a nonlinear mathematical model of the power supply system of processing equipment by a simpler model in the state space. This problem is rather important when designing voltage regulators of the power supply systems for submersible centrifugal pumps of oil-production equipment and tethered submersibles. The methods: state variable method, methods of mathematical modeling. The results. The authors have developed the algorithm for approximating a nonlinear mathematical model of the power supply system of process equipment over a cable-rope. The resulting simplified model was represented in the state space and allows us to use well-proven methods of the linear control theory to synthesize a voltage regulator. Conclusion. The paper describes the simpler model in the state space of the power supply system of processing equipment with an AC power transmission over a cable-rope. A comparative assessment of the simulation results introduced in the paper shows the validity of the model of a reduced order in relation to the initial, more complex mathematical model

Nonlinear power supply model of submersible objects based on change in the cable-rope length

Актуальность работы определяется необходимостью создания адекватных математических моделей систем электропитания сложного погружного технологического оборудования, например, электроцентробежных насосов и автономных подводных аппаратов, получающих энергию переменного тока по достаточно протяженной кабельной линии. Приемлемая адекватность характеристик модели и реальной системы электропитания данного класса объектов может быть достигнута в результате учета изменяемой длины кабельной линии и различных режимов работы погружного оборудования. Использование передаточных функций в качестве промежуточных моделей основных элементов системы электропитания и операторного метода является достаточно приемлемым решением для адекватного отражения процессов изменения напряжения на нагрузке. Далее путем преобразования передаточной функции записывается нелинейная математическая модель системы электропитания в пространстве переменных состояния, которая позволяет аналитическим образом решить задачу робастной стабилизации неизмеряемого напряжения на полезной электромеханической нагрузке. Цель работы: построение нелинейной математической модели системы электропитания с передачей энергии переменного тока по кабель-тросу с учетом изменения его длины в пространстве переменных состояния. Методы: операторный метод, методы пространства состояния и математического моделирования. Результаты. Разработана методика определения параметров устройства компенсации реактивной мощности в кабель-тросе для увеличения его пропускной способности при передаче мощности на дальние расстояния при повышенной частоте. Определена аналитическая зависимость, позволяющая рассчитать индуктивность компенсирующего устройства во всем диапазоне изменения длины кабель-троса. Для построения оптимального регулятора получены полиномы, позволяющие определять коэффициенты передаточных функций при изменении длины кабеля и сопротивления нагрузки системы электропитания. На основании передаточных функций, полученных для различных режимов работы системы электропитания, определены параметры схемы замещения, позволяющей записать нелинейную математическую модель системы электропитания пониженного порядка. Проведена сравнительная оценка результатов моделирования системы электропитания с передачей энергии переменного тока по кабель-тросу, подтверждающая возможность ее описания моделью пониженного порядка в пространстве состояний. Выводы. В работе предложена методика определения параметров устройства компенсации реактивной мощности, позволяющего увеличить пропускную способность кабель-троса. На основании передаточных функций, коэффициенты которых зависят от длины кабель-троса, записана упрощенная нелинейная математическая модель системы электропитания погружного технологического оборудования. В результате полученная модель системы электропитания может быть использована для последующего синтеза оптимального регулятора напряжения в классе нелинейных систем управления.The relevance of this work is determined by the need to develop suitable mathematical models of complex subsea process power supply equipment. Acceptable adequacy of the characteristics of the model and the actual power supply can be achieved by taking into account the variable cable-rope length and various modes of the submersible equipment operation. The use of transfer functions and operator method is an acceptable solution for adequate reflection of the voltage change on the load. By transforming the transfer function, a nonlinear mathematical model of the power supply system is written in the space of state variables. This allows solving analytically the problem of robust stabilization of immeasurable voltage on the useful electromechanical load. The main aim of the work is to build a nonlinear mathematical model of the power supply with AC power transmission via the cable-rope, taking into account the change of its length in the space of state variables. Research methods: operator method, state variable method, methods of mathematical modeling. Results. The authors have developed the method of determining parameters of the reactive power compensation device in the cable-rope to increase its transfer capacity, when transmitting power over long distances at high frequency; determined the analytical dependence, which allows calculating the inductance of the compensating device in the whole range of cable-rope length change. To construct an optimal regulator, polynomials are obtained that allow determining the coefficients of transfer functions, when changing the cable length and load resistance of the power supply system. On the basis of transfer functions obtained for different modes of the power supply operation, the authors determined the parameters of the equivalent circuit, which allows writing a nonlinear mathematical reduced order model. The paper introduces the comparative evaluation of the simulation results of the power supply with AC power transmission by cable-rope, confirming the possibility of its description by the reduced order model in the state space. Conclusions. The paper introduces the method for determining parameters of the reactive power compensation device, which allows increasing the capacity of the cable-rope. Based on the transfer functions, the authors recorded a simplified nonlinear mathematical model of the subsea process equipment power supply system. As a result, the model can be used for the subsequent synthesis of the optimal voltage regulator in the class of nonlinear control systems

Control strategy in accordance with economical criterion for electrotechnical installation of mechanized oil production

Актуальность работы определяется необходимостью совершенствования системы нефтедобычи и обусловлена совокупностью геополитических, экономических и геологических факторов. Особую значимость при этом приобретают вопросы улучшения функциональных характеристик систем механизированной добычи нефти, так как такие системы являются наиболее энергоемкими. В настоящее время для решения проблем в нефтедобывающей отрасли все более широкое распространение получает идея ее интеллектуализации, подразумевающая оперативное управление процессом нефтедобычи с использованием информационно-телекоммуникационных систем и регулируемого оборудования. При разработке систем управления необходимо обеспечить достижение глобального результата - снижение затрат при нефтедобычи, что подразумевает применения принципов системного подхода и экономических критериев для оценки эффективности функционирования системы. Цель работы: повышение эффективности функционирования электротехнических комплексов механизированной добычи нефти на основе системного подхода к управлению. Методы исследования: системный анализ тенденций использования возможностей управления, информационных технологий и регулируемого оборудования в нефтедобывающей отрасли; синтез технико-экономических решений; методы математического моделирования. Результаты. Разработана стратегия управления установившимися режимами работы электротехнических комплексов механизированной добычи нефти, позволяющая в режиме реального времени оптимизировать технологический процесс добычи нефти с позиций эффективного по экономическим основаниям функционирования. Выводы. Современный потенциал информационных технологий и регулируемого нефтедобывающего оборудования используется не в полной мере. Противоречие между возможностями такого оборудования и фактическим их использованием может быть преодолено применением системного подхода к управлению с применением в качестве основных показателей эффективного функционирования систем экономических критериев.The relevance of the paper is determined by the need to improve oil production and it is caused by geopolitical, economical and geological factors. The most important problem is to improve functional characteristics of mechanized oil production systems because of their high power consumption. Nowadays the idea of intelligent well technology is widely used to solve the problems at oil production. It is implemented by using control, information and telecommunication systems, and the adjustable equipment. When developing control system it is necessary to provide achievement of global result such as the cost reduction of oil production. Therefore, it is necessary to apply the principles of system approach, and economic criteria to estimate system efficiency. The main purpose of the research is to improve functioning of electrotechnical installations of mechanized oil production using the system approach to control. The methods used in the study: the systemic analysis of tendencies in using control, information technologies and the adjustable equipment in oil production industry; synthesis of technical and economic decisions; methods of mathematical modeling. The results. The authors have developed the strategy of controlling the of electrotechnical installation operating modes in mechanized oil production. It allows optimizing oil production in real time as economically effective one. Conclusion. The modern potential of information technologies and adjustable oil production equipment is not fully used. The contradiction between opportunities of such equipment and their real using can be overcome by application of system approach to control the installations where economic criteria are the main indicators of effective functioning of the systems

Power supply system model of remote processing equipment

Актуальность работы определяется необходимостью построения линеаризованных математических моделей систем электропитания такими сложными технологическими объектами, как погружные насосы нефтяных скважин и электромеханическое оборудование привязных подводных аппаратов, предназначенных для решения задач аналитического конструирования стабилизирующих регуляторов напряжения в кабельной линии. Особенностями систем электропитания данного класса объектов является не только наличие кабель-троса большой протяженности и невозможность передачи точного информационного сигнала о питающем напряжении непосредственно на полезной нагрузке, но и значительная размерность нелинейной модели разомкнутой системы управления. Наиболее рациональным вариантом может служить линеаризованная математическая модель системы электропитания, позволяющая построить регулятор напряжения требуемого качества методами линейной теории управления. Цель работы: аппроксимация априорной нелинейной многомерной модели системы электропитания с передачей энергии переменного тока по кабель-тросу линеаризованной математической моделью меньшего порядка в пространстве переменных состояния. Методы: операторный метод, методы пространства состояния и математического моделирования. Результаты. Разработан алгоритм, позволяющий уменьшить порядок математической модели системы электропитания путем применения эквивалентных передаточных функций для представления всей системы или ее составляющих звеньев линеаризованными моделями. Проведена сравнительная оценка результатов моделирования исходной системы электропитания и полученной в результате предлагаемой в работе методики упрощенной системы, подтверждающая возможность описания исходной системы моделью пониженного порядка в пространстве состояний на основе передаточных функций. Выводы. Предложена методика аппроксимации нелинейной математической модели системы электропитания технологического оборудования с передачей энергии по кабель-тросу. Полученная упрощенная модель такого объекта записывается в пространстве переменных состояний и позволяет использовать хорошо апробированные методы теории управления линейными объектами для синтеза оптимального регулятора напряжения на удаленной нагрузке.Nowadays, the relevant and challenging research areas are survey of crustal structure, natural environment of the world ocean, and oil and gas resource potential. To perform such studies, various submersible equipment with remote energy source is often applied. This equipment includes electrotechnical equipment of tethered submersibles and electric motors of submersible centrifugal pumps. Longterm operation of such processing equipment requires continuous electric power supply over a cable-rope. This problem can be solved using specialized power supply systems that provide the necessary voltage conversion of the primary energy source, most often of limited power. The main aim of the research is to solve the problem of approximating a nonlinear mathematical model of the power supply system of processing equipment by a simpler model in the state space. This problem is rather important when designing voltage regulators of the power supply systems for submersible centrifugal pumps of oil-production equipment and tethered submersibles. The methods: state variable method, methods of mathematical modeling. The results. The authors have developed the algorithm for approximating a nonlinear mathematical model of the power supply system of process equipment over a cable-rope. The resulting simplified model was represented in the state space and allows us to use well-proven methods of the linear control theory to synthesize a voltage regulator. Conclusion. The paper describes the simpler model in the state space of the power supply system of processing equipment with an AC power transmission over a cable-rope. A comparative assessment of the simulation results introduced in the paper shows the validity of the model of a reduced order in relation to the initial, more complex mathematical model