Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 792
Мобильные ветро-солнечные электростанции: состояние, перспективы и особенности проектирования
Статья научная
Статья посвящена исследованию перспектив применения мобильных ветро-солнечных электростанций для электроснабжения автономных потребителей электроэнергии, удаленных от внешней энергетической системы. Рассматриваются преимущества, недостатки, основные энергетические параметры, особенности работы известных технических решений мобильных электростанций, а также факторы, влияющие на выбор возобновляемых источников электроэнергии, и требования современных автономных потребителей к качеству электроэнергии. Раскрыты направления улучшения эксплуатационно-технических характеристик мобильных ветро-солнечных электростанций и приведены технико-экономические показатели станций, выполненные на современной элементной базе.
Бесплатно
Моделирование автономной фотоэлектрической системы в программной среде MATLAB Simulink
Статья научная
Показана возможность построения математических моделей любого фотоэлектрического модуля при известных показателях температуры поверхности модуля и солнечной радиации. В результате моделирования получены зависимости вольтамперных характеристик модуля от температуры и солнечной радиации. Разработана математическая имитационная модель автономной фотоэлектрической системы, включающей в себя фотоэлектрические модули, инвертор, LCL-фильтр, однофазный трансформатор и потребитель электрической энергии. Имитационное моделирование выполнено в среде MATLAB Simulink.
Бесплатно
Моделирование вентильно-индукторного электровибропривода
Статья научная
Представлены математические модели вентильно-индукторного двигателя и электронного коммутатора с алгоритмом 90-градусной коммутации фаз двигателя. Проведен междисциплинарный расчет построенных моделей. Результатами моделирования являются графики зависимостей токов в обмотках и напряжений на обмотках электромеханического преобразователя от времени. Разработан и изготовлен экспериментальный образец вентильно-индукторного вибропривода с микропроцессорным управлением, исследования которого подтвердили адекватность моделей.
Бесплатно
Моделирование влияния защитного устройства на интенсивность ЧР в изоляции кабеля
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния нелинейного защитного устройства на основе металлооксидных варисторов на характеристики частичного разряда (ЧР) в дефекте изоляции. В статье представлен комплексный подход, включающий математическое моделирование и анализ процессов, связанных с ЧР, что позволяет оценить эффективность применения ЗУ для защиты изоляции от негативного воздействия импульсных перенапряжений. Исследование проведено на основе математической модели, которая реализует классический механизм частичного разряда в одиночном дефекте. Защитное устройство, включенное параллельно исследуемой модели, ограничивает перенапряжение, которое моделировалось при помощи высокочастотного затухающего импульса. Моделирование производилось в мультифизической постановке задачи расчета модели методом конечных элементов, реализующей связь плотности токов и джоулева нагрева воздуха в дефекте. В математической модели получены зависимости температуры в дефекте от времени, кривые нагрева и охлаждения среды дефекта, мощности ЧР при различных значениях диаметра дефекта и кратности импульсного перенапряжения. Произведена оценка влияния ЗУ на мощность ЧР, определена степень снижения мощности ЧР. Показана возможность применения ЗУ для уменьшения негативного воздействия ЧР на изоляцию.
Бесплатно
Статья научная
На основе экспериментальных данных по газификации кислорода на установке СГУ-7КМ-У выполнена идентификация дифференциальной параметрической модели теплообмена в газификаторах закрытого типа. По результатам опорных опытов идентифицированы внешние параметры - мощность нагревателя, теплоемкость испарителя и производительность насоса. Внутренние параметры модели - числовые множители при коэффициентах теплоотдачи в кислороде, теплоносителе и окружающей среде - идентифицированы методом пассивной стратегии. Разработаны методики оптимизации работы газификатора по достижению заданного диапазона выходной температуры в стационарном и нестационарном режимах работы. Методики апробированы на примере газификационной установки СГУ-7КМ-У.
Бесплатно
Моделирование кислородного сжигания природного газа в жаротрубных котлах
Статья научная
В целях реализации международных климатических соглашений на наднациональном и национальном уровнях используются различные меры, стимулирующие в числе прочего технологический переход энергетики от генерации на основе углеводородного сырья и других видов топлива к безуглеродным энергоресурсам и энергоресурсам с низким уровнем выбросов парниковых газов. В данной работе рассмотрены результаты математического моделирования сжигания природного газа для жаротрубного котла в воздухе и в смеси воздуха с рециркулируемым потоком углекислого газа, обогащенного кислородом. Исследование кислородного сжигания природного газа производилось при замещении воздуха чистым кислородом в диапазоне от 0 до 100 % потребности в нем. Часть вырабатываемого углекислого газа предлагается направлять на рециркуляцию в топку, а вторую часть - на технологические нужды для закачки в пласт, дальнейшего сжижения и реализации или хранения. Исследована зависимость КПД оборудования, температуры уходящих газов, объема выбросов СО2, NOx, Н2О от объемной доли кислорода в топливо-воздушной смеси. Сделаны выводы о наиболее эффективных режимах работы оборудования, исходя из экологических и энергетических критериев. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности продолжения работ в этой области для снижения выбросов парниковых газов в окружающую среду.
Бесплатно
Статья научная
При расчете и разработке накопителей на базе многоэлементной литий-ионной батареи, а также системы контроля и управления его параметрами необходимо оценить поведение одиночного аккумулятора в процессе разряда, заряда и в экстремальных условиях при критических значениях основных параметров. Разработка полномасштабной и достоверной модели, а также экспериментальное подтверждение выбранной модели является актуальной инженерной задачей. При этом модель должна отличаться простотой реализации и относительно небольшим объемом и приемлемой скоростью вычислительных операций. Для моделирования многоэлементной аккумуляторной батареи из ячеек с известными и схожими характеристиками, а также для проектировки и разработки систем по контролю и управлению многоэлементной батареей эмпирическая модель на основе эквивалентной схемы обладает достаточной простотой реализации, а также достаточной точностью оценки параметров аккумуляторной батареи. Эквивалентная схема была составлена при помощи языка и блоков Simscape в среде MATLAB. Каждый элемент схемы представляет собой набор экспериментально полученных значений основных параметров литий-ионного аккумулятора. Также в работе рассмотрена модель литий-ионного аккумулятора из библиотеки Simulink MATLAB. На основе результатов сравнения экспериментальных и смоделированных данных даны рекомендации в выборе модели при разработке системы контроля и управления литий-ионной аккумуляторной батареи.
Бесплатно
Статья научная
Внедрение регулируемых устройств компенсации реактивной мощности в распределительных электрических сетях железных дорог открывает новые возможности для повышения эффективности их работы за счет методов группового управления напряжением на основе агентного подхода. Мультиагентное управление напряжением позволяет получить новые результаты, связанные с возможностью самоорганизации агентов - активных элементов электрической сети, что приводит к повышению надежности электроснабжения и качества электроэнергии. Моделирование рассматриваемых мультиагентных систем управления на классических моделях системной динамики вызывает трудности из-за сложного взаимодействия агентов в виду их индивидуальных целей полезности, наличия логических операций и событийного характера процессов. Разработаны диаграммы состояний агентов для моделирования мультиагентного управления напряжением с помощью источников реактивной мощности в распределительных электрических сетях железных дорог в среде AnyLogic. Выполнено моделирование управления напряжением в тестовой электрической сети при изменении параметров режима. Полученные результаты моделирования свидетельствуют об обоснованности подходов к стабилизации напряжения методами мультиагентного управления и возможности их практической реализации на базе современного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Проведено математическое моделирование работы автономной системы, включающей ветровую турбину, асинхронный генератор, синхронный компенсатор, дизельный двигатель в качестве резервного источника и переменную регулирующую нагрузку. Использована нестандартная модель для задания скорости ветра, включающая случайные колебания, порывы и затишья. По результатам моделирования при номинальной мощности системы 275 кВт и линейном напряжении 380 В колебания частоты при регулировании не превышают 1 Гц, колебания напряжения менее 15 В.
Бесплатно
Моделирование полупроводниковых преобразователей энергии для питания электромагнитного сепаратора
Статья научная
Рассматриваются электромагнитные сепараторы, разработанные в Курганской ГСХА, предназначенные для очистки пластичных жидких материалов от металломагнитных частиц. Приведена методика расчета параметров катушек устройства, а также методика моделирования выпрямителя и осциллограммы переменных. Для моделирования выпрямителя совместно с нагрузкой определены параметры нагрузки (активное сопротивление и индуктивность). Сопротивление катушек определено путем непосредственного измерения параметров катушки. Для определения индуктивности был выполнен расчет катушки в программе Elcut. Моделирование выпрямителя в программе Simulink позволило определить требуемые параметры источника питания и его составляющих: номинальная мощность: 0,140 кВт; номинальный ток: 0,2 А; номинальный ток диодов: 5 А; обратное напряжение диодов: 500 В; сечение соединительных проводов: 0,4 мм. С использованием результатов моделирования изготовлен лабораторный экземпляр электромагнитного сепаратора.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача точного определения потерь энергии в электрических сетях. Для обеспечения указанной цели при существующем характере разнородности нагрузок в сетях приведены их представления в виде произведения средних значений соответствующих режимных параметров(мощностей, токов) за период Т и функций времени, средние значения которых на отрезке времени (0,Т) равны единице. Показано получение универсальной модели, характеризующей узловые режимные параметры в пространстве ортогонального базиса. Предложены математические модели определения потерь электрической энергии на базе эффективного подхода, использующего коэффициенты распределения. Достоинства применения матриц коэффициентов распределения при различных режимных параметрах (узловых мощностях, токах) для развития теории методов определения потерь электроэнергии заключаются в ее универсальности как матрицы обобщенных параметров, формирование которой возможно с использованием других матриц - узловых сопротивлений, контурных проводимостей, а также элементов теории графов, численных методов и др. Применение данных моделей позволяет заменить доминирующие до настоящего времени громоздкие способы и методы учета потерь мощности и энергии, базирующиеся на сложных итерационных процедурах, на более простые алгоритмически и точные. По результатам анализа данных, полученных при значимых нагрузках узлов схемы сети, определение потерь электроэнергии в пространстве ортогонализации базиса задачи является точным и не имеет методической погрешности, что подтвердилось расчетом суммирования потерь на часовых ступенях графиков узловых режимных параметров схемы электрической сети.
Бесплатно
Моделирование процесса намотки полосы на моталку стана холодной прокатки
Статья научная
В работе анализируются динамические свойства сложной многодвигательной электромеханической системы «клеть - полоса - моталка» для стана 630 холодной прокатки. На этом стане технологическими режимами предусматриваются значительные изменения скорости во время прокатки. Применяемые системы косвенного регулирования натяжения полосы при намотке на моталку для повышения точности регулирования должны предусматривать узлы компенсации динамического тока привода моталки. На точность регулирования в таких станах оказывают влияние механические потери в приводе, которые при изменении скорости существенно меняются по нелинейной зависимости в зависимости от скорости. Это также требует применения дополнительного узла компенсации потерь. От точности настройки указанных узлов зависит точность регулирования натяжения полосы. Система имеет сложную многодвигательную структуру. Указанные обстоятельства требуют для анализа работы таких систем применять методы моделирования. Разработана модель указанной сложной многодвигательной системы, которая имеет широкие возможности для исследования и настройки узлов системы регулирования в различных режимах.
Бесплатно
Моделирование процесса пуска двигателя внутреннего сгорания электрическими стартером
Статья научная
Составлена и описана совокупность моделей технических устройств и систем управления, необходимая для оценки инженерных задач, которые требуют решения при обновлении существующих систем электростартерного пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС) для дизель-поездов, танков, БМП, судов, мощностью от 0,3 до 1 МВт. Итоговые рекомендации сформулированы в рамках целевой установки на замену стартер-генератора синхронной машиной с возбуждением от постоянных магнитов (СДПМ) и исключение редуктора. Основными затруднениями названы - ограничение прокачиваемой через СДПМ мощности (преодолеваемое комбинированием способов питания секций статора) и момент сопротивления газовых сил двух первых тактов прокручивания коленчатого вала ДВС.
Бесплатно
Моделирование пуско-тормозных режимов электропривода машины центробежного литья валков
Статья научная
С учетом требований к электроприводу машины центробежного литья валков предложен вариант его реализации на основе двухдвигательной системы тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель. Создана электромеханическая модель системы, на которой проведены исследования процессов пуска и торможения с учетом теплового состояния обмоток двигателей.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты математического моделирования работы бездатчиковой системы управления электропривода на базе зависимого инвертора напряжения с управлением по фазе тока и фазовой автоподстройкой частоты при питании асинхронизированного вентильного электродвигателя в режиме упора. В статье представлена разработанная модель данного электропривода в системе математического моделирования MATLAB. Модель преобразователя частоты возбуждения, которая поддерживает номинальное значение тока ротора и постоянную частоту возбуждения 15 Гц. Со стороны статора (якоря) преобразователь частоты синхронизируется по фазе тока с применением блока автоподстройки частоты и задает угол сдвига фаз между током и напряжением якоря. Представлена базовая система уравнений, описывающая режимы работы асинхронизированного вентильного двигателя, а также выражение электромагнитного момента в режиме упора. Показан электромагнитный момент на валу двигателя получившийся в результате математического моделирования режима упора асинхронизированного вентильного двигателя при номинальных токах, частоте ротора 15 Гц при этом сдвиг фаз между током и напряжением якоря составляет 20 электрических градусов.
Бесплатно
Моделирование системы тиристорного самовозбуждения синхронного генератора в пакете Maple
Краткое сообщение
Представлена математическая модель системы тиристорного самовозбуждения синхронного генератора. Рассмотрена методика преобразования дифференциальных уравнений для решения их в пакете Maple.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены результаты математического моделирования статического тиристорного компенсатора (СТК) в среде Matlab. Представлена структура модели системы электроснабжения, включающая в себя сетевой трансформатор, реактор, печной трансформатор, дуговую сталеплавильную печь (ДСП) и СТК. Отличительной особенностью представленной модели является использование блока, моделирующего сетевой трансформатор, что позволяет учесть влияние режимов работы ДСП на показатели сети электроснабжения. Предложенная модель СТК выполнена наращиваемой по числу используемых фильтрокомпенсирующих цепей и тиристорно-реакторных групп. Приведены графики, иллюстрирующие работу основных узлов системы.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается методика моделирования суточных графиков активных и реактивных нагрузок участков распределительных сетей напряжением 6-10 кВ с использованием следующего набора исходных данных: - приводимых в справочной литературе типовых суточных графиков активной и реактивной мощности потребителей, получающих питание через соответствующие участки сетей; - данных энергосбытовой организации об отпуске электроэнергии абонентам за расчетный месяц; - параметров сетей и паспортных данных силовых трансформаторов; - сведений о типах абонентов, подключенных к каждому силовому трансформатору; - степени неравномерности потребления электроэнергии абонентами в различные характерные сутки расчетного месяца. Приближение среднечасовых значений активной и реактивной мощностей к их реальным значениям при использовании рассматриваемой методики достигается за счет учета неравномерности энергопотребления, как в течение суток, так и в рабочие и выходные дни недели.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются результаты экспериментального исследования по оценке изменения параметров частичных разрядов на действующих кабельных линиях 6 (10) кВ с бумажной пропитанной изоляцией. Представлены примеры вариации параметров частичных разрядов и диаграмм распределения частичных разрядов по фазе и амплитуде с учётом климатических условий и режимов работы кабельной линии с бумажной пропитанной изоляцией. Рассмотрены вопросы математического моделирования эквивалентных схем замещения диэлектрика по оценке параметров частичных разрядов в изоляции кабельных линий 6 (10) кВ с учётом режимов работы в условиях городских электрических сетей. Разработана виртуальная имитационная модель, на основе схем замещения изоляции, для оценки изменения параметров частичных разрядов при влиянии дефектов в диэлектрике друг на друга с учётом ранее установленных экспериментальных данных.
Бесплатно
Моделирование усовершенствованной автоматики ограничения перегрузки оборудования
Статья научная
Существующие методы и средства противоаварийного управления не всегда обеспечивают необходимый уровень надежности. Поэтому разработка новых и совершенствование существующих средств противоаварийного управления с целью повышения надежности электрических систем и сетей является актуальной задачей. Одним из наиболее экономически эффективных методов является совершенствование и разработка новых алгоритмов работы средств противоаварийной автоматики. Основной трудностью является сложность учета и моделирования всех протекающих процессов. Однако в настоящее время имеется специализированное программное обеспечение для моделирования энергосистем с большой точностью. В данной работе предложен метод оценки необходимости усовершенствования противоаварийной автоматики. Приведено общее описание метода, а также пример его использования для оценки необходимости усовершенствования противоаварийной автоматики. Для оценки метода в программных комплексах PSCAD и RastrWin3 реализованы электрические сети 110 кВ, 220кВ, 500 кВ. Выполнен анализ режимов работы рассматриваемой электрической сети, а также проведено исследование адекватности работы автоматики ограничения перегрузки оборудования (АОПО). Усовершенствован существующий алгоритм работы АОПО, позволяющий исключить возможность отключения потребителей при аварийных событиях. Анализ результатов моделирования и расчета показывает эффективность предложенного метода и перспективность для обнаружения и выявления недостаточной эффективности противоаварийной автоматики.
Бесплатно
