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 испытанийпогружного электродвигателя. Цель: разработка методики по восстановлению параметров схемы замещения для погружного электродвигателяна 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 электродвигателясводится 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 электродвигателяпо 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.

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 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.

Ссылка для цитирования: Адаптивное краткосрочное прогнозирование потребления электроэнергии автономными энергосистемами малых северных поселений на основе методов ретроспективного регрессионного анализа / А.С. Глазырин, Е.В. Боловин, О.В. Архипова, В.З. Ковалев, Ю.Н. Исаев, Р.Н. Хамитов, С.Н. Кладиев, А.А. Филипас, В.В. Тимошкин, В.А. Копырин // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 4. – С.231-245. Построение проблемно-ориентированного инструмента прогнозирования электропотребления малых северных поселений, приобретает первостепенное значение для реализации планов развития регионов Арктической зоны и  на Крайнего Севера на базе энергоэффективного управления объектами децентрализованного электроснабжения Арктической зоны и районов Крайнего Севера является прогнозирование потребления электрической энергии малыми северными поселениями. Математические модели, описывающие прогнозное поведение регионально обособленных электротехнических комплексов, в свою очередь, имеют вычислительные особенности, делающие малоэффективными попытки применить к ним «стандартные» методы извлечения информации. При этом необходимо учесть, например, что только архитектур нейронных сетей, известно более ста видов, каждая из которых имеет свою индивидуальную структуру и свою оптимальную область применения. Цель: Разработка подхода на основе ретроспективного регрессионного анализа, позволяющего производить адаптивное краткосрочное прогнозирование потребления электроэнергии региональных обособленных электротехнических комплексов (РОЭТК). Методы: Подход получения краткосрочного прогноза потребления электроэнергии региональных обособленных электротехнических комплексов базируется на ретроспективном регрессионном анализе. Прогнозная модель, опирающихся на отклики РОЭТК, представлена в виде линейной регрессии с внутренним набором функций образующих ортогональный и ортонормированный базис. При этом получаемая предварительная информация от объекта – отклики РОЭТК, записывается в виде системы линейных алгебраических уравнений, представленных в матричном виде. Нахождение коэффициентов при базисных функциях проводится с учетом метода наименьших квадратов, а само решение полученных уравнений на основании метода Качмажа. Проверка работоспособности разработанного подхода проводилось с помощью анализа регрессионных остатков прогнозирования. Результаты. С помощью адаптивного краткосрочного прогнозирования потребления электроэнергии автономными энергосистемами малых северных поселений на основе методов ретроспективного регрессионного анализа был получен краткосрочный прогноз на интервал упреждения 30 минут. Выводы. Разработан подход адаптивного краткосрочного прогнозирования потребления электроэнергии автономными энергосистемами малых северных поселений на основе методов регрессионного анализа, позволяющего получать краткосрочный прогноз электропотребления на интервал упреждения 30 минут. Продемонстрировано существенное преимущество разработанного подхода связанного с тем, что при построении процедуры адаптивного краткосрочного прогнозирования энергопотребления на основе ретроспективного регрессионного анализа является рационализация совмещения процессов идентификации коэффициентов при базисных функциях и перестраиваемости математической модели нестационарного дискретного стохастического процесса на каждом шаге. Проведен анализ регрессионных остатков прогнозирования откликов РОЭТК и подтверждена работоспособность разработанного алгоритма прогнозирования электроэнергии, а также адекватность принятых положений при формировании априорной информации при реализации подхода к краткосрочному прогнозированию стохастического процесса на основе ретроспективного регрессионного анализа.