Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 846
Статья научная
В данной статье рассматриваются инженерные методы расчетов режимов работы асинхронных электроприводов с частотным управлением при уменьшенном основном магнитном потоке. Токи намагничивания и токи ротора рассчитываются методами, сформированными на базе упрощенных схем замещения асинхронных двигателей и векторных диаграмм. Приводятся условия минимального тока статора, доказывается, что это состояние соответствует равенству амплитуд тока намагничивания и тока ротора (реактивного и активного токов соответственно). Это положение позволяет дать оценку тока ротора асинхронного электродвигателя при ослаблении основного магнитного потока, а также производится расчет токов ротора и намагничивания по экспериментальным данным. Предложенные методы расчета необходимы при оптимизации режимов работы асинхронных электроприводов, работающих с нагрузкой меньше номинальной. Эта оптимизация заключается в снижении максимальной амплитуды статорного напряжения. Предлагаемые методы позволяют провести оценку происходящих при этом уменьшении тока намагничивания и увеличения тока ротора, которое может оказаться чрезмерным.
Бесплатно
Интегрирующая интервало-кодовая синхронизация реверсивных тиристорных преобразователей
Статья научная
Рассматриваются принципы построения адаптивных к нестабильности напряжения сети каналов синхронизации реверсивного тиристорного преобразователя, выполненных на основе интервало-кодового алгоритма обработки данных с выходов интегрирующих развертывающих преобразователей, синхронизированных с напряжением сети. Приведены структуры устройств синхронизации на основе трехразрядного двоичного счетчика и программируемой логической матрицы, а также временные диаграммы сигналов.
Бесплатно
Статья научная
Дается краткий анализ причин отказов ведомых сетью вентильных преобразователей. Отмечается, что слабым звеном их структур являются устройства синхронизации, подверженные действию помех со стороны источника электроснабжения.Рассматривается принцип построения тиристорного регулятора переменного напряжения (ТРН) на базе синхрофазосдвигающего устройства (СФС), совмещающего в себе функции регулятора, устройства синхронизации (УС), фазосдвигающего устройства и генератора «пакета» высокочастотных импульсов управления тиристорами. Силовой блок ТРН выполнен по схеме «тиристор - диод». Приведены функциональная схема ТРН, предназначенного для дискретно регулируемых асинхронных электроприводов. ТРН работает по принципу ограничения пускового тока асинхронного электродвигателя на заранее заданном уровне. Представлена структурная схема системы управления и канала синхронизации, выполненных на базе интегрирующих развертывающих преобразователей (РП). Определены условия синхронизации РП гармоническим сигналом и биполярными прямоугольными импульсами со средним нулевым значением. Даны основные аналитические соотношения, описывающие статический режим работы РП. Отмечена способность синхронизированного РП адаптироваться к параметрам напряжения сети. Приведены диаграммы сигналов канала синхронизации и преобразователя аналогового сигнала в уголуправления силовыми тиристорами.Кратко изложены основные результаты промышленного внедрения ТРН. Отмечено, что в результате реконструкции прекратились аварийные отказы электрооборудования и травматизм обслуживающего персонала.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается интегрирующее устройство синхронизации (УС) с псевдоследящей фиксацией точек естественной коммутации напряжения сети. Устройство предназначено для вентильных преобразователей, работающих в условиях высокого уровня внешних помех и коммутационных искажений напряжения сети. Проведено моделирование УС и получены рекомендации по выбору соотношения частоты собственных автоколебаний развертывающего преобразователя и частоты напряжения сети. Показано, что устройство синхронизации обладает высокой помехоустойчивостью со стороны синхронизирующего канала, а также свойством адаптации к колебаниям амплитуды напряжения сети. Объяснены причины, по которым данный тип УС не рекомендуется использовать в системах управления с питанием от автономных источников электроснабжения, где «просадки» напряжения сети могут сопровождаться нестабильностью его частоты. Даны практические рекомендации по выбору параметров УС и рациональным областям его применения.
Бесплатно
Интегрирующий аналого-цифровой датчик нулевого тока
Статья научная
Рассматривается новый принцип построения аналого-цифрового датчика нулевого тока (ДНТ) на основе интегрирующего развертывающего преобразователя (РП), предназначенного для систем управления реверсивными тиристорными преобразователями (ТП) с раздельным управлением. Приведены структурная схема и временные диаграммы его сигналов. Показано, что применение интегрирующего развертывающего преобразователя позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость, а цифровой алгоритм обработки данных - повышенную точность работы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена проблема системной автоматизации информационной поддержки диспетчера при управлении электроэнергетическим режимом. В настоящее время процесс формирования информации для диспетчера не носит системный характер, несмотря на наличие различного программного обеспечения с функционалом по анализу и оптимизации расчётных режимов энергосистемы. Имеющегося функционала недостаточно из-за необходимости принятия и реализации управленческих решений в короткий промежуток времени, обусловленный тепловыми процессами в элементах сети. В работе проанализирована процедура принятия решений на примере тестовой схемы энергосистемы в послеаварийной ситуации. Схема состоит из 34 узлов напряжением 500, 220, 110 кВ и 51 ветви. Показано, что ключевым индикатором для оценки допустимости режима являются максимально допустимые перетоки (МДП) в контролируемых сечениях. Предложена концепция информационно-аналитического помощника диспетчера, основанная на формировании базы данных МДП для всего набора возможных ситуаций, предусмотренных нормативными требованиями. Определена целевая функция при принятии диспетчером решения, учитывающая топологию сети, совокупность режимных ограничений и последствия от реализации управляющих воздействий. Обоснована перспективность применения графовых нейронных сетей для обработки данных и выбора оптимальных управляющих воздействий.
Бесплатно
Информационное обеспечение электромехатронных преобразователей
Статья научная
Рассмотрены варианты информационного обеспечения (ИО) электромехатронных преобразователей (ЭМТП), отличающиеся достоверностью формирования составляющих перемещения. Показаны преимущества единого информационного обеспечения (ЕИО) и предложен пример его реализации на основе микроэлектронного преобразователя (МЭП) выходных сигналов фазовращателя (ФВ).
Бесплатно
Искажение электрического поля телом человека
Статья научная
Приведены результаты численного моделирования искажения внешнего равномерного электрического поля телом человека. Выполнен анализ влияния антропометрических характеристик человека и свойств его обуви на степень искажения электрического поля.
Бесплатно
Статья научная
Гидроэнергетические ресурсы Челябинской области оцениваются в 0,26 млн кВт, а технический гидроэнергетический потенциал составляет порядка 0,94 млрд кВт⋅ч. Однако ни наличие программ по развитию гидроэнергетики, ни благоприятные условия для выработки электроэнергии, ни технико-экономические обоснования проектов ГЭС не улучшают ситуацию в сфере гидроэнергетики в области. Неуклонно возрастающий дисбаланс электроэнергии в Челябинской области стал поводом для новой попытки актуализировать указанную проблему. Реализация идеи разработки программы развития гидроэнергетики Челябинской области не только поможет решить проблему энергодефицита в регионе, но и станет важным шагом на пути российских исследований в области гидроэнергетики в международном контексте перехода на возобновляемые источники энергии. Как показывают исследования, основной гидроэнергетический потенциал Челябинской области сосредоточен в горнозаводской зоне. Поэтому основой развития гидроэнергетики региона целесообразно считать реки данной зоны. В статье не разделяется широко распространенное мнение о категорической недопустимости создания водорегулирующих сооружений в горной зоне. Не отрицая наличия лимитирующих экологических и технологических факторов для строительства водорегулирующих сооружений в горной зоне, в статье обращаем внимание на то, что они некритичны и полностью решаемы путем поиска компромиссов, в том числе выбора оптимального места для размещения гидравлического оборудования ГЭС. Цель данной статьи - показать значимость и перспективность развития гидроэнергетики региона, основанной на использовании гидроэнергетического потенциала стока рек горнозаводской зоны Челябинской области.
Бесплатно
Статья научная
Трансформаторы входят в состав основного оборудования электростанций, повышающих, понижающих и распределительных подстанций, различного вида преобразовательных устройств. В процессе эксплуатации масляных трансформаторов могут возникнуть повреждения или дефекты, своевременное выявление которых позволит принять меры по предупреждению их развития и сохранению работоспособности оборудования. К тяжелым последствиям приводят повреждения обмоток и главной изоляции трансформаторов из-за нарушений в работе системы охлаждения. Существующие охлаждающие устройства не всегда являются эффективными. Разработана дополнительная система охлаждения силового трансформатора с термоэлектрическими преобразователями. Принцип их работы основан на том, что в ночное время при минимальной температуре окружающего воздуха в емкости накапливается холод за счет образования на развитой поверхности ребер термоэлектрических преобразователей слоя водяного льда, таяние которого используется в самый жаркий период времени суток для дополнительного охлаждения трансформаторного масла в системе охлаждения трансформатора. Описаны два режима работы разработанного устройства. Представлено математическое описание процесса охлаждения воды. Проанализированы результаты исследований по оценке изменения теплового потока, отводимого с помощью вертикальных грунтовых теплообменников, от разных параметров. Результаты исследований показали возможность использования предлагаемой системы жидкостного охлаждения силовых масляных трансформаторов с помощью термоэлектрических модулей и ВГТО. Система позволит дополнительно в моменты пиковых тепловых нагрузок отводить до 50 % тепла. Повышение мощности трансформатора в зависимости от его рабочих характеристик составит 25-40 %.
Бесплатно
Статья научная
В статье выполнены теоретические исследования применения технологии промышленной Smart Grid системы для главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 с точки зрения генерации реактивной мощности. Типовые особенности основного силового электрооборудования главного электропривода прокатной клети позволяют организовать управления потреблением или генерированием реактивной мощности. Генерирование или потребление реактивной мощности может быть осуществлено с помощью управления двухзвенными преобразователями частоты с активными выпрямителями напряжения. На базе экспериментальных и расчетных данных для марки стали X70 было определено, что генерация реактивной мощности возможна в больших диапазонах во время черновых проходов. Наиболее актуально использовать данный метод управления, когда рядом с точкой их подключения параллельно работают установки с нелинейной нагрузкой. Данный метод управления перспективно использовать только совместно с технологией промышленной Smart Grid системы. Промышленная Smart Grid система должна осуществлять на верхнем уровне управления мониторинг в реальном времени величин активной и реактивной мощности и формировать на локальном уровне управления преобразователями задание на генерацию или потребление реактивной мощности. Это позволит уменьшить величину потребляемой реактивной мощности с подстанции и улучшить технико-экономические показатели системы электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается формирование расчетной модели для оценки опасности воздушных включений диаметрами от 1 до 2 мм в стеклянных деталях изоляторов марки ПС70Е. В состав модели входят нечеткие множества для входных переменных: размер дефекта, расстояние от оси детали до центра дефекта, положение центра дефекта. С использованием алгоритма Мамдани на основе полученной модели проведена оценка опасности дефектов. Результаты расчета были верифицированы на основе расчета картин распределения электрического поля. Показано, что для рассмотренных примеров расчетная модель позволяет проводить правильную классификацию дефектов с точки зрения опасности нарушения электрической прочности. Разработанная модель может быть улучшена путем расширения ее обобщающей способности на другие разновидности дефектов и виды границ стеклянных деталей. При обеспечении ожидаемой точности работы модели возможно формирование с ее помощью обучающих данных для нейронной сети, способной по изображениям стеклянных деталей формировать оценку опасности потенциальных дефектов с точки зрения нарушения электрической прочности.
Бесплатно
Использование паровой турбины в составе солнечной опреснительной установки
Статья научная
Рассматривается возможность повышения энергоэффективности солнечных опреснительных установок за счет внедрения промежуточной секции из паровой турбины и генератора электрической энергии. Представлен разработанный экспериментальный стенд, имитирующий работу энергоэффективного комплекса очистки воды и выработки электрической энергии для различных времен года. Приведены и проанализированы результаты экспериментальных исследований, выводы и рекомендации по увеличению производительности и использованию солнечных опреснительных установок с паровыми турбинами.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена построению суррогатных моделей как инструменту оценки влияния свойств материалов изоляционных конструкций и присутствующих в них дефектов, геометрии изоляционных конструкций на электрическую прочность в области расположения дефекта. На примере стеклянной детали изолятора ПС-70Е показано, что для анализа электрической прочности в области расположения дефекта при изменении свойств материалов достаточно суррогатной модели в виде полинома четырех переменных седьмого порядка, учитывающей изменение диэлектрических проницаемостей и удельных проводимостей материалов модели. Относительная ошибка в определении электрического поля по результатам имитационного моделирования и расчета по суррогатной модели составляет не более 11,2 % и 10,7 % - для максимальной и минимальной напряженности электрического поля в дефекте соответственно. Показано, что диэлектрическая проницаемость вещества изоляционной конструкции оказывает существенное влияние на напряженность поля только при проницаемостях вещества дефекта, меньших 6, что характерно для дефектов в виде газовых включений. Изменение характеристик поля в дефекте в зависимости от геометрии конструкции рассматривалось также на примере головки стеклянной детали изолятора ПС-70Е. Изменение геометрии изучалось при различных значениях амплитуд первых пространственных гармоник образующих границ с одновременным изменением расположения сферического дефекта внутри конструкции. Показано, что для построения суррогатной модели в этом случае достаточно полинома 5-й степени 4 переменных. Максимальная погрешность при этом составляет не более 7,6 %. Анализ зависимостей напряженностей поля внутри дефекта в рассматриваемых суррогатных моделях, а также в полученной ранее модели позволяет утверждать, что потенциально опасными могут считаться дефекты в высоковольтных изоляторах размерами от 0,1 до 2 мм.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены подходы по использованию тестовых схем IEEE и CIGRE как инструмента для проведения научных исследований энергосистем. Выявлены сложности использования базовых тестовых схем для различных задач исследования и возможности решения возникающих проблем. Анализ информации, содержащейся в имеющихся в открытом доступе базовых тестовых схемах, показал, что для современных исследовательских задач этой информации недостаточно. В случаях¸ когда недостающая информация может быть добавлена локально и независимо для каждого из узлов энергосистемы, учет дополнительной информации в тестовых моделях не вызывает проблем. При необходимости самосогласованных данных для всех узлов энергосистемы предпочтительнее искать вариант схемы IEEE с оптимальной для исследования авторской базой данных или воспользоваться альтернативными базами данных и тестовых схем. Проведен обзор репозитория, содержащего наиболее полную базу находящихся в открытом доступе тестовых схем.
Бесплатно
Статья научная
Вентильно-индукторные машины, являющиеся главной составляющей вентильно-индукторного электропривода, - перспективный и недостаточно исследованный электромеханический преобразователь энергии. Данный тип электрических машин имеет возможность расширения своей области применения практически во всех отраслях промышленности. Для создания вентильно-индукторного электропривода, конкурентоспособного на мировом рынке, имеющего высокие технико-экономические показатели, необходимо иметь достоверную, научно обоснованную информацию о взаимосвязи и степени влияния геометрических переменных магнитной системы и среднего значения электромагнитного момента. Цель данной статьи состоит в определении силы и направления связи среднего значения электромагнитного момента и варьирующихся значений геометрических размеров элементов активной части исследуемой машины. По результатам корреляционного анализа установлена степень влияния рассматриваемых конструктивных параметров активной части на среднее значение электромагнитного момента. Расчет численной величины момента осуществлялся посредством пакета прикладных программ MATLAB, взаимодействующей с программой по расчету и визуализации магнитных полей FEMM версии 4.2. Также для получения числовых значений момента был использован стохастический метод, основанный на алгоритме Монте-Карло. Проведенные в статье исследования позволяют судить о наличии соответствующей связи между исследуемыми конструктивными элементами магнитной системы и значением электромагнитного момента, а также об определенной степени их воздействия на формирование его величины.
Бесплатно
Статья научная
Впервые авторами выполнено исследование на динамической модели участка сети 500/220/110 кВ влияния ускорения вала ротора синхронного генератора на тяжесть переходного процесса при синхронизации с использованием программного комплекса RastrWin3. Проведен анализ влияния величины и знака ускорения (небаланса активной мощности) на токовые нагрузки при включении изолированного энергорайона на параллельную работу с энергосистемой при фиксированных значениях разности углов и разности частот, регламентированных документами АО «СО ЕЭС» и известными теоретическими положениями. Получены количественные зависимости максимальных токов синхронизирующей линии и кратностей токов статоров генераторов от величины небаланса в диапазоне от 2 до 70 МВт. Установлено, что увеличение небаланса с 2 до 70 МВт приводит к росту максимального тока линии на 321 % при положительном небалансе и на 529 % при отрицательном, а кратности тока генератора вблизи точки синхронизации – на 25,2 и 14,7 % соответственно. Выявлена существенная асимметрия влияния знака небаланса: при малых значениях (2 МВт) ток в линии при отрицательном небалансе (дефицит мощности) на 35,8 % ниже, чем при положительном (избыток мощности). Показано, что начальные значения токов изменяются значительно слабее максимальных, что подтверждает определяющую роль ускорения в развитии послеаварийных электромеханических колебаний. Полученные результаты обосновывают необходимость учёта ускорения при определении допустимых условий синхронизации.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследуется влияние величины проводимости изоляции в месте повреждения на точность ее определения и на возможность определения поврежденного участка линии в зависимости от величины проводимости в месте повреждения расчетным методом по результатам измерения режимных параметров.
Бесплатно
Статья научная
В статье проведены результаты исследований датчика напряжения на базе системы гальванически связанных тел. Показана необходимость учета источников внешних электрических полей при определении эквивалентной емкости пассивного тела, входящего в состав датчика. Приведены результаты исследования с использованием компьютерного моделирования методом конечных элементов влияния полей активного тела на эквивалентную емкость пассивного тела, а также влияния на нее электрических полей соседних фаз. При исследовании влияния электрического поля активного тела рассматривалось изменение расстояния как от активного тела до измерительного резистора, так и от измерительного резистора до пассивного тела. В последнем разделе статьи приведены результаты экспериментальных исследований влияния электрического поля активного тела на эквивалентную емкость пассивного тела, подтвердившие результаты компьютерного моделирования.
Бесплатно
Исследование влияния возобновляемых источников энергии на функционирование релейной защиты
Статья научная
Современной тенденцией развития электроэнергетических систем является внедрение возобновляемых источников энергии в виде распределенной генерации. Выявлено, что одной из основных причин, сдерживающих этот процесс, является изменение при этом режимов работы энергосистем, что в свою очередь оказывает существенное влияние на функционирование устройств релейной защиты и автоматики и, как следствие, на их настройку. Экспериментально доказано снижение чувствительности и нарушение селективности действий релейной защиты распределительной сети в случае подключения к энергосистеме ветроэнергетической установки. При этом важным фактором является мощность и место подключения. Также в статье выполнен анализ существующих подходов по реализации защиты таких энергосистем. В результате теоретически доказана необходимость разработки новых методов и средств для настройки защиты и автоматики, поскольку существующие подходы либо ограничивают внедрение нового оборудования, либо сложно реализуемы, либо недостаточно гибкие.
Бесплатно
