Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 761
К проблеме моделирования несимметричных распределительных электрических сетей в составе АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается трехфазная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ в условиях несимметрии электрических переменных и внедрения автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). При этом главной задачей АСКУЭ является коммерческий учет электроэнергии. В то же время в целях повышения эффективности системы наиболее актуальной является включение в ее состав таких функциональных задач, как оперативный мониторинг и диагностика состояний РЭС, а также оптимизация режимов ее работы. Основу решения указанных задач составляют математические модели и методы, обеспечивающие в режиме реального времени идентификацию неизмеряемых и неконтролируемых переменных (токов, напряжений) трехфазной сети, что дает возможность оценить такие ее показатели качества как фактические потери электроэнергии, а также определить текущие значения параметров (сопротивлений) магистральной линии с использованием измерительных данных. Применение известных моделей и методов для этой цели представляет определенные трудности, которые связаны с несимметричностью режимов работы РЭС, неполнотой и неопределенностью исходных данных для математического описания процессов в сети. Предлагается методология построения модели несимметричной трехфазной сети и идентификации недоступных для измерения ее электрических переменных в режиме реального времени. Полученные результаты ориентированы для применения в составе АСКУЭ в целях оперативного мониторинга электрического состояния РЭС и оценки потерь электроэнергии в сети.
Бесплатно
К проблеме определения векторов тока и напряжения в распределительной сети по данным АИИС КУЭ
Статья научная
Рассматривается вопрос определения векторов тока и напряжения в трехфазной распределительной электрической сети (РЭС) напряжением 0,4 кВ. Считается, что сопротивления межабонентских участков РЭС являются неизвестными вследствие того, что они могут существенным образом зависеть от внешних факторов (температура, влажность и др.). В распределительной сети функционирует автоматизированная информационно-измерительная система контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ), средствами которой производятся одновременные измерения для одного и того же интервала наблюдения действующих значений тока и напряжения, а также активной и реактивной мощностей в начале РЭС и у каждого ее абонента. Проведен анализ предложенного ранее «метода идентификации недоступных для измерения и контроля токов и напряжений», который базируется на определении векторов тока и напряжения путем синтеза идентификатора динамики нагрузки с использованием относительных величин и констант для их формирования. Показаны его недостатки, и представлен новый метод решения указанной задачи. Полученные результаты могут быть полезны при разработке специального программного обеспечения подсистем мониторинга электрического состояния, реализуемых в составе АИИС КУЭ.
Бесплатно
К проблеме определения параметров распределительной сети по данным АИИС КУЭ
Статья научная
Рассматривается вопрос идентификации параметров четырехпроводной трехфазной распределительной электрической сети (РЭС) напряжением 0,4 кВ по данным векторов тока и напряжения, измеренных автоматизированной информационно-измерительной системой контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ) в начале РЭС и у каждого ее абонента. Проведен анализ предложенного ранее метода идентификации параметров (сопротивлений) межабонентских участков РЭС, который базируется на модели физических процессов в электрических контурах сети и эквивалентных преобразованиях ее схемы замещения. Показано, что предлагаемые указанные преобразования не являются эквивалентными. При этом найденные сопротивления соответствуют фазным сопротивлениям межабонентских участков при условии равенства нулю сопротивлений нейтрального провода в РЭС и не равны фактическим сопротивлениям четырехпроводной сети. Представлен новый метод решения указанной задачи, основанный на оперативном измерении векторов тока и напряжения в двух разных режимах работы РЭС. Если текущий режим в сети не меняется, то для создания второго (отличающегося от текущего) может применяться однократное временное отключение одного из абонентов РЭС по команде от головного устройства АИИС КУЭ. Полученные результаты могут быть полезны при разработке подсистем АИИС КУЭ, выполняющих функции диагностики и контроля электрического состояния участков магистральной линии распределительной сети, а также оперативного мониторинга в ней коммерческих и технических потерь электроэнергии.
Бесплатно
Качество тока: аспекты оценки и нормирования
Статья научная
Проблемы качества электроэнергии касаются абсолютно всех сфер человеческой деятельности - от экономики и науки до медицины и искусства, ведь невозможно представить жизнь современного человека без использования электрической энергии. Стандартизация, мониторинг, управление и координация качества электрической энергии крайне важны для обеспечения электромагнитной совместимости в системе электроснабжения и поэтому являются предметом постоянных, непрекращающихся исследований в большинстве стран мира. Для привлечения внимания к проблемам качества тока в различных точках системы электроснабжения проведено исследование степени искажения гармонического состава кривых тока у городских потребителей жилищно-коммунального хозяйства. В статье рассматриваются актуальные аспекты консолидации терминологии и структуры показателей качества электроэнергии. Систематизированы и представлены в виде единой блок-схемы принятые в мировой практике показатели качества электроэнергии. Детально рассмотрены принципы расчёта и оценки степени искажения формы тока и напряжения в соответствии с существующими отечественными и зарубежными нормативными документами. На основе измерений показателей качества электрической энергии, проведенных на существующих объектах городской инфраструктуры, был проведен сравнительный анализ с требованиями стандарта IEEE 519-2014. В результате анализа натурных измерений отмечено неудовлетворительное положение дел в области гармонических искажений кривых тока, выявлены наиболее вероятные причины и описаны последствия низкого качества электрической энергии.
Бесплатно
Квазидинамическое моделирование старения емкости Li-ion накопителей
Статья научная
На сегодняшний день Li-Ion накопители электроэнергии представляются все более интересными с точки зрения применения их в электроэнергетике. Появляется новый спектр задач, которые могут быть решены с использованием данного типа устройств, а именно: сокращение затрат на электропотребление, снижение максимумов нагрузок в пиковые часы для выполнения требований к пропускной способности сети, применение в системах возобновляемой генерации. При этом пренебрежение сравнительно быстрым и необратимым старением таких систем приводит к чрезмерно оптимистичным экономическим и техническим оценкам их внедрения, что обуславливает необходимость учета старения систем накопления. В данной статье предложена методика квазидинамического моделирования деградации Li-Ion накопителей, которая позволяет в отличие от прочих на стадии предварительного анализа оценивать степень старения систем с неравномерным графиком заряда и разряда, и приведены результаты ее апробации.
Бесплатно
Статья научная
Синтез и исследование любых гелиоустановок сопряжён с необходимостью выявления регулярных особенностей движения рабочего органа, угловое положение которого регулируется в эвклидовом пространстве. Эту информацию можно получать обработкой данных об угловом положении Солнца в заданных географических координатах. Локальность во времени всех алгоритмов вычисления солнечной позиции не позволяет анализировать годовой и суточный цикл движения Солнца в едином виде. Для решения этой задачи мы применили новый принцип обработки результатов расчёта, который заключается в следующей последовательности действий. Используя астрономический алгоритм NREL SPA, в основе которого лежат нелинейные тригонометрические уравнения, построены двухмерные поверхности азимутальных из зенитных углов. Путём аппроксимации этих поверхностей полиномами высокого порядка и дифференцирования этих полиномов по времени получены поверхности азимутальных из зенитных угловых скоростей, ускорений и рывков. Расчётные коэффициенты полиномов сведены в таблицы, чтобы в дальнейшем их можно было применять для оценочных расчётов в рамках структурного и параметрического синтеза электротехнических комплексов слежения за Солнцем в заданном географическом местоположении. Для проверки степени совпадения с готовыми локально-временными онлайн-алгоритмами мы выбрали онлайн-калькулятор MIDC SPA Calculator. Сопоставление результатов полиномиальной аппроксимации с данными расчётов по этому онлайн-калькулятору показывает хорошее совпадение результатов и низкий уровень ошибок.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено техническое состояние горелочного парка ТЭС в начальный период освоения газофакельных технологий. Показаны методы и пути их совершенствования. Отражён вклад специалистов кафедры ПТЭ ЮУрГУ в развитие и освоение новых технологий.
Бесплатно
Комбинированная система позиционного управления с задающей моделью третьего порядка
Статья научная
Показано, что в целях экономии электроэнергии важную роль играют микропроцессорные системы управления, в основе которых - задающие модели с выходными сигналами, изменяющимися пропорционально диаграммам перемещения, скорости, ускорения (тока), а также производной ускорения во времени (рывка). Автором разработана общая задающая модель второго порядка с тремя выходными сигналами, пропорциональными заданным значениям скорости, ускорения и рывка или положению, скорости и ускорению. Задающая модель построена на базе интегрирующих звеньев и релейных устройств с учетом внутренней обратной связи двигателя, позволяющей формировать оптимальные законы изменения управляемых координат, что облегчит реализацию ограничения производной тока якоря без специального регулятора производной тока, применение которого усложняет настройку системы и повышает ее чувствительность к параметрическим возмущениям.
Бесплатно
Коммутационные потери в электроприводе с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения
Краткое сообщение
Приводится расчёт коммутационных потерь в электроприводе с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения, а также экспериментальные данные, полученные на макете электропривода мощностью около 20 кВт.
Бесплатно
Статья научная
Оценка защит проводится на основании обеспечения селективности, быстродействия и чувствительности по результатам расчета электромеханического переходного процесса с учетом сохранения или нарушения устойчивости синхронных машин. Проведены расчеты для сетей Магнитогорского энергетического узла и даны практические рекомендации.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается автоматизированный лабораторный комплекс для изучения полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств преобразовательной техники, основанный на сочетании физического и виртуального моделирования. Приведен перечень исследуемых полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и преобразователей. Исследуются вольтамперные характеристики приборов, а также внешние, регулировочные и энергетические характеристики преобразователей. Имеется возможность функционирования стенда в ручном и автоматизированном режиме.
Бесплатно
Компьютерная модель релейной защиты и автоматики комплектной трансформаторной подстанции
Краткое сообщение
Создана математическая модель микропроцессорной защиты и автоматики комплектной двухтрансформаторной понижающей подстанции 35/6 кВ. Модель реализована в среде пакета LabView.
Бесплатно
Контроль температуры обмоток и защита от перегрева электрических машин переменного тока
Статья научная
Рассмотрены и проанализированы основные методы контроля температуры обмоток электрических машин переменного тока (ЭМ), такие как методы термометра, сопротивления и заложенных термопреобразователей, предусмотренные ГОСТ 11828-86, а также косвенные методы контроля, основанные на результатах прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной, и расчетные методы контроля, и расчетные методы, основанные на математическом моделировании процессов нагрева машины с использованием тепловых схем замещения. Показано, что наиболее целесообразным методом контроля температуры обмотки ЭМ является метод сопротивления, основанный на принципе зависимости активного сопротивления проводника от температуры, в котором в качестве термодатчика используется непосредственно сама обмотка ЭМ. При этом проблема теплового контроля обмоток ЭМ в полном объеме не решена и требует разработки новых принципов построения систем оперативного контроля нагрева. Предложен новый способ контроля нагрева обмоток ЭМ непосредственно в процессе работы без отключения от сети и без нарушения нормального режима работы, основанный на использовании в качестве дополнительного информативного параметра фазовых соотношений между измеряемыми величинами. Анализируются физические эффекты, лежащие в основе данного способа контроля, описан регламент необходимых операционных процедур при его реализации. Показано, что на основе предложенного способа контроля температуры легко построить систему тепловой защиты, которая может осуществляться как в режиме отключения ЭМ, так и в режиме контрольной сигнализации. Приведены результаты экспериментальной проверки устройства, реализующего предложенный способ.
Бесплатно
Контроль технического состояния РПН трансформатора сверхмощной дуговой сталеплавильной печи
Статья научная
Представлены технические характеристики трансформаторов FTOHBR-150200/35 фирмы TAMINI, установленных на дуговых сталеплавильных печах 180 т (ДСП-180) электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Рассмотрены устройство и расположение регуляторов изменения числа витков обмотки под нагрузкой (РПН) трансформатора и реактора, с помощью которых осуществляется регулирование вторичного напряжения. Отмечены особенности режимов РПН: большое количество переключений (до 1000 раз в сутки), ударные изменения тока и напряжения, возникающие при коммутациях. Обоснована необходимость разработки и внедрения систем непрерывного контроля (мониторинга) технического состояния РПН печных трансформаторов. Представлены функциональная схема и описание диагностической системы TDMS, внедренной на ДСП № 1 и № 2ЭСПЦ. Даны краткие характеристики комплексного датчика диагностических параметров РПН и регистрационного прибора TAP-Monitor, установленных в разработанных системах мониторинга. Рассмотрены основные оnline-методы контроля технического состояния РПН, реализованные в системе TDMS: контроль количества коммутаций, контроль технического состояния движущихся частей, метод вибрационного контроля технического состояния. Представлены временные диаграммы изменения регистрируемых параметров и усредненные параметры коммутации. Сделан вывод о необходимости рационального выбора значимых диагностических признаков и, соответственно, оптимального количества входных сигналов системы контроля технического состояния.
Бесплатно
Контроль технического состояния силовых трансформаторов методом акустического диагностирования
Статья научная
Дана краткая характеристика частичных разрядов (ЧР) и причин их возникновения в силовых маслонаполненных трансформаторах. Показаны характерные неисправности силовых трансформаторов 110 кВ центральной электростанции (ЦЭС) ОАО «ММК». Представлены результаты локации ЧР акустическим методом с помощью портативного прибора «АР-700». Сделан вывод о целесообразности проведения дальнейших диагностических обследований трансформаторов ЦЭС с применением стационарных приборов анализа ЧР. Целью является сбор статистической информации и создание базы данных о техническом состоянии, характере и местах возникновения дефектов.
Бесплатно
Концепция построения защиты электрических сетей напряжением 380 В от однофазных коротких замыканий
Статья научная
Предметом исследования данной работы является повышение уровня электробезопасности в электрических сетях напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью типа TN-C при однофазных коротких замыканиях на нулевой проводник и связанные с ним металлические конструкции. Согласно анализу аварийной статистики воздушные линии с неизолированными проводами являются наименее надежным элементом электрической сети - в 62 % случаев повреждения на них являются опасными для жизни людей и животных. В статье приведен краткий обзор литературы и обоснована актуальность разработки методики расчета, выбора и расстановки плавких предохранителей и автоматических выключателей по длине защищаемой линии, которые обеспечили бы 100%-ную зону ее защиты. Рассматриваемая в статье концепция построения защиты электрических сетей напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью заключается в секционировании по длине воздушной линии плавкими предохранителями и автоматическими выключателями. Концепция построения показана на примере защиты ВЛ-0,38 кВ длиной 500 м и сечением проводов 35 мм2, которая питается от трансформатора номинальной мощностью 160 кВА со схемой соединения обмоток Y/YH и защищается плавкими предохранителями с разными номинальными токами. Приведены графические зависимости, такие как изменение величины коэффициента чувствительности по длине линии, изменение зоны защиты в зависимости от тока плавкой вставки предохранителя для различных параметров электрической сети и др. Эти зависимости позволяют определить место установки плавких предохранителей или автоматических выключателей, обеспечивая отсутствие зон несрабатывания защит при времени срабатывания не более 5 с. Результаты исследований предполагается использовать для построения защиты как простых магистральных, так и разветвленных с отпайками широко применяемых воздушных линий напряжением 380 В.
Бесплатно
Концепция факельного континуума для зоны интенсивного горения котельного агрегата
Статья научная
Сформулирована задача декомпозиции зоны интенсивного горения котельного агрегата, предложена рациональная схема решения задачи в рамках концепции факельного континуума, что позволило рассмотреть основные закономерности процессов переноса тепла и аэромеханики в нижней части топки котельного агрегата. Определены основные особенности трех элементов схемы - топочной среды, факельного континуума и ограждения зоны интенсивного горения с определением границ между ними. Характеристики топочной среды и ограждения определяются с применением принятых методик расчета, свойства факельного континуума адаптируются к гетерогенному факелу при сжигании твердого и жидкого топлива, при этом задача по определению энтальпии решается в одномерной постановке. При сжигании газообразного топлива важным фактором становятся процессы аэромеханики, поэтому гомогенный факельный континуум рассмотрен в двухпараметрической постановке. Общей характеристикой при сжигании топлив трех агрегатных состояний является распределение температуры по длине факела, что дает возможность позонного рассмотрения процессов теплообмена.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование графиков нагрузки с 30-минутным усреднением в 30 квартирах и 132 многоквартирных жилых домах в Челябинской области в течение одного года. На основе имеющихся данных путем сложения графиков нагрузки были созданы также имитационные объекты мониторинга в диапазоне от 6 до 1000 квартир на объекте. Активность потребителей электроэнергии на объекте мониторинга оценивалась по отношению среднемесячного потребления квартир на объекте к среднестатистическому месячному потреблению электроэнергии. На основании этого показателя потребители были классифицированы на три категории активности. Это позволило осуществлять контролируемое моделирование объектов мониторинга. По результатам расчетов установлено, что удельная мощность электрических нагрузок электроприемников жилых зданий может быть уменьшена по сравнению со значениями, приводимыми в СП 256.1325800.2016, и практически совпадает с нормами, действующими в Московской агломерации.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены принципы компенсации реактивной мощности и мощности искажений в высоковольтной распределительной электросети с помощью корректора коэффициента мощности, построенного на базе многоуровневого каскадного преобразователя с ШИМ на высокой частоте. Представлена его математическая модель, составленная в синхронной системе dq-координат, ориентированной по вектору напряжения питающей сети, изложены основные принципы построения системы управления и приведены результаты имитационного моделирования в программном комплексе Matlab/Simulink.
Бесплатно
Лабораторный практикум для изучения средств автоматизации и управления
Статья научная
Представлен опыт создания лабораторной базы для подготовки специалистов в области автоматизации управления технологическими процессами и производственными установками. Лабораторные установки оснащены программируемой техникой передовых мировых производителей и дают четкое и полное представление о современном состоянии решений в области промышленной автоматизации.
Бесплатно
