Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 846
Обеспечение живучести асинхронных электроприводов
Статья научная
Представлен краткий обзор известных методов обеспечения живучести. На основе анализа скрытых резервов системы привода предложен и обоснован новый принцип построения электропривода со свойством живучести, представлены необходимые требования, предъявляемые к двигателю и преобразователю, разработаны алгоритмы управления асинхронным линейным приводом в аварийном режиме, предложены технические решения по реализации.Для проверки представленных алгоритмов управления, обеспечивающих живучесть, разработана специальная математическая модель линейного и вращающегося асинхронного электропривода и представлены результаты моделирования в нормальном и некоторых аварийных режимах работы, подтверждающие работоспособность предложенных принципов.В заключении проанализированы характеристики привода и показана возможность восстановления работоспособности в аварийном режиме работы. Кроме того, представлены рекомендации по проектированию асинхронных двигателей с обеспечением свойства живучести, а также определены направления для дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования в работе является высокочастотный силовой трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, который входит в состав системы бесконтактной передачи электроэнергии на автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) для зарядки его аккумуляторных батарей. В качестве задачи исследования поставлено обоснование и разработка методики расчета конструктивных параметров трансформатора, отвечающих поставленным требованиям по передаваемой мощности при заданных условиях эксплуатации. В основу исследований положено математическое моделирование электромагнитных процессов в трансформаторе в программном пакете ANSYS Maxwell в сочетании с натурным экспериментом. Выделены характеризующие параметры в виде коэффициента магнитной связи и удельной индуктивности витка обмотки и обосновано их применение для полной идентификации свойств объекта. Предложена система относительных единиц, в которой характеризующие параметры имеют постоянное значение для любых сердечников одного типоразмера, что позволяет легко выполнять масштабирование результатов полученных технических решений при изменении требований по передаваемой мощности. Предложена методика определения аппроксимирующих полиномов, связывающих массивы значений коэффициента связи и удельной индуктивности с относительными значениями зазоров между контактными поверхностями частей трансформатора и межосевыми смещениями, появление которых возможно при выполнении автоматического причаливания подводного аппарата к базе. Выполненные исследования позволили предложить методику расчета основных конструктивных параметров трансформаторов при исходных данных в виде сочетания заданных электрических характеристик и предъявляемых ограничений по точности стыковки контактных поверхностей частей трансформатора. Экспериментальные натурные исследования выбранных конструктивов трансформаторов, аналогичных принятым при моделировании, убедительно подтверждают достоверность приведенных результатов. Полученные результаты относятся к ферритовым сердечникам чашечного типа, однако, принятые в исследованиях подходы дают возможность расширения методики расчета к другим конструктивным обликам трансформаторов, которые могут найти применение в системе бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей АНПА.
Бесплатно
Обеспечение условий работы очистных сооружений при наличии мини-ТЭС
Статья научная
Рассмотрены комбинированные системы электроснабжения на примере очистных сооружений большой мощности. Ввиду того, что основными потребителями таких систем являются турбовоздуходувки, насосы, смесители, задвижки, часть из которых относятся к потребителям первой и особой категории, то для них требуется собственный третий источник типа мини-станции. При проектировании и внедрении мини-станций на очистных сооружениях актуальны задачи выбора напряжения, расчета статической и динамической устойчивости ЭТС, а также обеспечения надежных режимов параллельной и автономной работы энергосистемы и собственной генерации, особенно когда западные решения приняты с рядом допущений. Выполнены расчеты устойчивости таких систем, определены критические длительности нарушения внешнего электроснабжения и предложены решения по повышению надежной работы станций.
Бесплатно
Обеспечение электромагнитной совместимости мощных электротехнических комплексов
Статья научная
Рассмотрены основные технические средства обеспечения электромагнитной совместимости мощных нелинейных электроприемников - дуговых сталеплавильных печей и электроприводов прокатных станов. Проведено сравнение основных показателей компенсирующих устройств реактивной мощности двух типов: статического тиристорного компенсатора и СТАТКОМа. Проанализированы силовые схемы мощных СТАТКОМов с различными методами АИМ. Особое внимание уделено формированию входного напряжения 12-пульсного СТАТКОМа на базе параллельного соединения двух трехуровневых инверторов с уравнительным реактором, имеющим среднюю точку. Показано, что данное схемотехническое решение обеспечивает спектр напряжения с уровнем гармоник не более 2,5 %.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы обеспечения электромеханической совместимости в асинхронных электроприводах. Для исследования электромеханических процессов в системах с автономными ШИМ-инверторами напряжения и асинхронными двигателями разработана компьютерная модель привода. Расчеты на модели показали, что непрерывное изменение частоты опорного напряжения инвертора во времени позволяет на порядок уменьшить амплитуды высших гармоник тока и электромагнитного момента двигателя при их неизменных коэффициентах искажения. Вследствие уменьшения амплитуд гармоник момента происходит снижение вибраций электропривода. Потери в двигателе изменяются незначительно. Изменение частоты опорного напряжения в заданном диапазоне частот не должно осуществляться с частотой питающих двигатель токов.
Бесплатно
Обзор зарубежных источников по инфраструктуре интеллектуальных счётчиков
Статья обзорная
Обзор литературных источников показал, что тема инфраструктуры интеллектуальных счётчиков хорошо изучена и упоминается во множестве исследований за рубежом, в то время как в российской науке работ, полностью освещающих данную технологию, крайне мало. Поэтому данная статья представляет собой обзор зарубежных источников, посвященных данной теме. Инфраструктура интеллектуальных счётчиков является основой интеллектуальных сетей и представляет собой сочетание различных технологий, осуществляющих коммуникацию и управление в системах электроснабжения. Преимуществом этих технологий в сравнении с другими системами является наличие двунаправленной связи между потребителем и поставщиком электроэнергии, что позволяет участникам энергетического рынка оперативно взаимодействовать друг с другом и реагировать на изменения в системе. Данная статья описывает структуру инфраструктуры интеллектуальных счётчиков, её особенности и вопросы интеграции в систему электроснабжения. В статье предоставлена информация по основным компонентам данной системы. Даны описание, работа и возможности использования интеллектуальных счётчиков, а также их устройства. В статье имеется информация, посвященная описанию структуры центра обработки данных, архитектуры сетей связи и технологий, используемых для передачи информации между компонентами данной системы. Также в статье приведены основные протоколы и стандарты, используемые в инфраструктуре интеллектуальных счётчиков. Описанные в статье технологии использования интеллектуального измерения в сетях электроснабжения могут быть применены для сетей газоснабжения и сетей водоснабжения.
Бесплатно
Обзор методов определения параметров моделей синхронных генераторов
Статья научная
Синхронный генератор является одним из основных элементов электроэнергетической системы, оказывающих существенное влияние на устойчивость и надёжность электроснабжения потребителей. В настоящее время задачи противоаварийного и режимного управления энергосистемами решаются на основе математических моделей, параметры которых задаются с помощью паспортных данных или данных, полученных при испытаниях. Высокая зависимость значений параметров математических моделей от внешних факторов ведёт к значительному снижению точности анализируемых процессов. Для повышения точности параметров математических моделей энергосистем применяются идентификация на основе измерений, полученных с помощью традиционных систем телеметрии или векторных измерений. Целью данной статьи является проведение метаанализа существующих исследований, направленных на разработку методики определения параметров синхронного генератора по данным измерений. Для достижения поставленной цели были проанализированы и сгруппированы как российские, так и зарубежные исследования. Затем для каждой группы были выявлены достоинства, недостатки, а также область применения. В результате было показано, что существующие методики определения параметров синхронных генераторов по данным измерений не способны подстраиваться к набору исходных данных, а также требуют значительных вычислительных мощностей. В качестве способа преодоления указанных недостатков предлагается адаптивная модель синхронной машины.
Бесплатно
Статья научная
Статья представляет собой обзор современных методов искусственного интеллекта (ИИ), применяемых для оценки балансовой надежности (БН) электроэнергетических систем (ЭЭС). Рассматриваются ключевые проблемы традиционных подходов, в числе которых метод статистического моделирования (МСМ). К ним относятся высокая вычислительная сложность и ограниченная точность при анализе стохастических процессов. Основное внимание уделено трем направлениям: машинному обучению (классификация состояний системы, ускорение расчетов), искусственным нейронным сетям (прогнозирование дефицитных режимов, замена оптимизационных алгоритмов) и метаэвристическим методам (поиск критических состояний, оптимизация структуры ЭЭС). Особое значение имеют технологии, позволяющие сократить время расчетов без потери точности, такие как гибридные модели, сочетающие искусственные нейронные сети (ИНС) с методами нечеткой логики, и алгоритмы на основе роевого интеллекта. Проведенный анализ показывает, что применение ИИ не только повышает эффективность оценки надежности, но и открывает новые возможности для адаптивного управления энергосистемами в условиях роста доли возобновляемых источников энергии. Результаты могут быть полезны для специалистов, занимающихся проектированием и эксплуатацией ЭЭС, а также для дальнейших исследований в области интеллектуальных методов анализа надежности.
Бесплатно
Статья научная
Требования по охране окружающей среды обусловливают актуальность определения выбросов NOX турбомашин в реальном масштабе времени. В настоящей статье представлен обзор литературы по расчетным методам непрерывного определения эмиссии NOX в газотурбинном двигателестроении. Установлено, что в мире определение выбросов NOХ по математическим моделям применяют в газотурбинных установках с 1990 года. При эксплуатации авиационных двигателей технологии расчета NOХ в полете пока не используются. Но, в связи с постоянно ужесточающимися требованиями ИКАО, такая необходимость может возникнуть в ближайшее десятилетие. Для мониторинга эмиссии применяют три типа математических моделей - фундаментальные, основанные на базовых физических законах и химической кинетике, а также нейросетевые и статистические модели. В статье рассмотрены наиболее значимые работы по трём указанным направлениям, а также выполнена оценка достоинств и недостатков расчетных способов определения NOХ, проведен анализ применимости этих способов и определены основные возможные направления развития методов оценки эмиссии вредных веществ в масштабе реального времени, предложены наиболее эффективные технологии для использования в газотурбинной энергетике и авиадвигателестроении РФ.
Бесплатно
Статья научная
Проанализировано техническое состояние электрооборудования, установленного на электрических станциях и подстанциях в электроэнергетической системе Республики Таджикистан (ЭЭС РТ) в настоящее время и с учетом перспектив ее развития. Рассмотрен каждый из элементов ЭЭС РТ по отдельности и оценен срок их службы, а также оценено их техническое состояние. Показано, что из всех ЛЭП 0,4-500 кВ находятся в хорошем состоянии 18 115 км (28,7 %), в удовлетворительном состоянии 32 887 км (52,1 %), в неудовлетворительным состоянии 12 263 км (19,8 %). Выявлено электрооборудование, работающее дольше нормативных сроков, установленных заводами-изготовителями: силовых трансформаторов 2320 МВА (78 %), высоковольтных выключателей (ВВ) 232 ед. (56 %), синхронных генераторов 700 МВт (80 %). Также проанализированы структура изменения системы и ввод основных элементов напряжением 110-500 кВ по ЭЭС РТ на период 2015-2039 гг. При присоединении энергосистем соседних стран к ЭЭС РТ увеличиваются уровни токов короткого замыкания (КЗ). Эксплуатация изношенного оборудования может приводить к многочисленным авариям, поэтому рекомендовано заменить его на новые типы, а также продолжить работы по координации токов КЗ, проверке электродинамической стойкости силовых трансформаторов, соответствия отключающей способности ВВ.
Бесплатно
Статья научная
Предложена аналитическая обобщенная математическая модель электромеханического преобразователя как объекта управления, которая позволяет осуществлять синтез законов управления в контурах тока и момента электроприводов переменного тока. Приведена система уравнений модели, которые отличаются тем, что сочетают метод обмоточных функций и энергетический метод получения электромагнитных координат электропривода (МДС, ЭДС, электромагнитного момента). Даны рекомендации по построению алгоритмов расчета на ЭВМ. Результатами моделирования являются удельные электромагнитные моменты различных электромеханических преобразователей, ЭДС обмоток, скорость вращения ротора и частота тока в обмотках. Использовать модель рекомендуется на первом этапе оценочных расчетов при следующих допущениях: электромеханический преобразователь не насыщен, магнитная проводимость стали равна бесконечности, отсутствуют потоки рассеяния. Для более точных расчетов требуется применение численных моделей расчета магнитного поля по уравнениям Максвелла методом конечных элементов.
Бесплатно
Обоснование инженерных методов идентификации режимов оптимизации асинхронных электроприводов
Статья научная
Асинхронные электроприводы с частотным регулированием широко применяются в самых разных отраслях промышленности. Традиционные методы анализа режимов работы асинхронных электроприводов - схемы замещения и векторные диаграммы - все еще широко применяются для анализа различных режимов работы. Достаточно часто результат их применения не слишком нагляден и эффективен. Часто упрощения, необходимые для наглядности, слишком значительны. Так обстоит дело с интерпретацией популярной оптимизации потребляемой мощности снижением амплитуды статорного напряжения. В статье предлагается обоснование измененных схем замещения и векторных диаграмм, позволяющее оценить, как эта оптимизация влияет на весь комплекс параметров и переменных, характеризующих режим работы асинхронного электропривода - изменения скорости вращения, скольжения и роторного тока. Предложены упрощенные векторные диаграммы и схемы замещения, которые позволяют оценить потоки активной и реактивной мощности в электроприводе и их изменения при оптимизации амплитуды статорного напряжения. На основании предложенных схем замещения проведены расчеты, показывающие характер изменения токов ротора и статора при вариациях статорного напряжения. Предложенные методы расчета позволили провести всестороннюю оценку метода управления асинхронными электроприводами при основном магнитном потоке, определяемым отношением амплитуды напряжения подаваемого на статор двигателя к его частоте, существенно ниже номинального значения.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена сжиганию твердых отходов в топке котла для использования их как топлива на тепловых электростанциях. В работе описывается текущая ситуация использования газификации для переработки отходов и опыт их использования на ТЭС. Проведенный авторами обзор выявил проблему накопления отходов и сложности разработки схемы по их реализации. В связи с этим авторы предлагают технологию переработки отходов на ТЭС с последующим получением тепловой и электрической энергии. Для исследования были выбраны по территориальной схеме обращения с отходами Ростовской области и обоснованы виды сырья (отходов), что позволило судить о наибольшем энергетическом вкладе, который приносят отходы лузги и шрота подсолнечного. Также проведен расчет теплового и эксергетического баланса котла ТПП-210А для выбранных видов отходов. В результате анализа расчета построены графики сравнения синтез-газа выбранных отходов с природным газом и углем, а также диаграммы потоков эксергии для одного из выбранных отходов и природного газа и угля. На основе проведенного исследования в статье авторы показали, что газификация твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов сможет увеличить термический и эксергетический КПД котла и заменить уголь и природный газ, что уменьшит вредные воздействия на окружающую среду. Расчеты энергетического и эксергетического балансов показывают эффективность применения твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов для сжигания на ТЭС, в частности, основываясь на результатах расчета термического и эксергетического КПД котла в зависимости от применяемого топлива.
Бесплатно
Обоснование параметров преобразователя постоянного тока для источника автономного электроснабжения
Статья научная
С внедрением концепции Smart Grid в развитие электроэнергетики нарастает интерес к использованию DC/DC-преобразователей для координированной работы на одну систему шин постоянного тока разнотипных источников питания, имеющих в своем составе источники возобновляемой энергии, накопители электроэнергии (аккумуляторные батареи, модули суперконденсаторов), различную нагрузку. В статье выполнен анализ DC/DC-преобразователей для систем автономного электроснабжения. Обосновано применение преобразователя типа SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter). Представлена методика определения параметров преобразователя. Продемонстрирована и обоснована регулировка активного периода коэффициента заполнения в соответствии с теоретическим поведением после изменения входного напряжения выше и ниже желаемого выходного значения. Выполнено моделирование работы преобразователя в режимах повышения, понижения и стабилизации выходного напряжения в пакете MATLAB / Simulink. Полученные результаты моделирования показывают эффективность предлагаемого решения для источника автономного электроснабжения.
Бесплатно
Обоснование схемы активного фильтра гармоник на основе гибридного каскадного инвертора
Статья научная
С увеличением количества уровней в инверторе усложняется схема, увеличивается количество полупроводниковых ключей. Поэтому представляют интерес топологии, которые позволяют получить увеличение уровней напряжения с уменьшением количества полупроводников, повысить производительность и надежность системы. Предложена схема гибридного каскадного инвертора, рассмотрен метод широтно-импульсной модуляции на основе несущей, приведена блок-схема алгоритма генерации опорных модулирующих сигналов в оптимизированном методе широтно-импульсной модуляции. Для управления гибридным инвертором в составе активного фильтра гармоник в работе предложен метод широтно-импульсной модуляции несущей, который позволяет уменьшить синфазное напряжение, коммутационные потери, минимизировать гармоники тока и напряжения. Приведено описание алгоритма ШИМ, на основе которого осуществляется модуляция управляющих сигналов и затем сравнение их с треугольной несущей для генерации последовательности импульсов, включающих или отключающих полупроводниковые ключи. Целью предложенных решений является улучшение гармонических искажений, вызванных нелинейной нагрузкой в низковольтной системе 0,4 кВ. Приведены результаты моделирования предложенной схемы активного фильтра гармоник. На основании выполненных исследований показано, что применение активного фильтра гармоник на основе 5-ступенчатого гибридного инвертора при управлении методом широтно-импульсной модуляции является эффективным средством фильтрации высших гармоник на шинах низкого напряжения 0,4 кВ при наличии нелинейной нагрузки, что позволяет решить задачу по устранению воздействия высших гармоник на производственную деятельность предприятия.
Бесплатно
Статья научная
Отмечено расширение сортамента прокатных станов за счет производства листового проката из труднодеформируемых марок стали. Обоснована актуальность разработки способов снижения динамических нагрузок электромеханических систем реверсивной клети толстолистового стана при захвате металла валками. Показано, что в системе управления электроприводами горизонтальных валков стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК») отсутствуют технические решения, обеспечивающие снижение динамического момента и отклонений скорости при ударном приложении нагрузки. Представлены осциллограммы, подтверждающие неудовлетворительный характер переходных процессов при прокатке листов из труднодеформируемых сталей. Обоснована разработка способа ограничения момента за счет увеличения межвалкового зазора перед захватом металла с последующим возвращением валков в заданную позицию. Представлена схема системы регулирования, реализующая предложенный способ. Рассмотрена структура математической модели мехатронной системы прокатной клети, включающая модели электропривода горизонтальных валков и гидравлического привода нажимных устройств (НУ), взаимосвязанных через металл. Приведены математические зависимости, описывающие переходные процессы гидравлического НУ и изменение давления и момента при деформации. Выполнено моделирование динамического режима захвата заготовки с одновременным изменением зазора при различных темпах перемещения НУ. В результате подтверждена целесообразность внедрения алгоритма, реализующего предложенный способ, в АСУ ТП стана 5000. Представлены осциллограммы, полученные в режиме захвата заготовки при существующем и разработанном алгоритмах управления. Подтверждено улучшение динамических показателей скорости и момента. Отмечена целесообразность проведения исследований с целью оценки эффективности внедрения разработанного способа в электромеханических системах клетей широкополосных и сортовых прокатных станов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены математические модели асинхронного двигателя, представленные в виде системы уравнений и структурной схемы, предложены методы коррекции системы скалярного управления АД, обеспечивающие снижение колебаний электромагнитного момента, приведены результаты компьютерного моделирования переходных процессов в частотном асинхронном электроприводе с системой скалярного управления и дополнительными корректирующими устройствами. Представленная система скалярного управления асинхронным двигателем позволяет осуществлять пуск электропривода и регулирование скорости, при этом достигается стабилизация электромагнитного момента асинхронного двигателя с максимальным отклонением от среднего значения, не превышающего 5 %, и обеспечивать подавление колебаний скорости двигателя в переходных режимах. Системы частотного асинхронного электропривода со скалярным управлением с улучшенными динамическими свойствами могут найти применение на металлургических механизмах.
Бесплатно
Один из способов улучшения энергетических показателей диодных выпрямителей с дроссельным управлением
Статья научная
Исследуется один из вариантов улучшения энергетических показателей диодных выпрямителей с дроссельным управлением.
Бесплатно
Оперативная диагностика вентильного двигателя
Краткое сообщение
Рассмотрены задачи ограничения электромагнитного момента вентильного электродвигателя и определения момента сопротивления на его валу с целью диагностики состояния электропривода. Синтезированы уравнения наблюдателей электромагнитного момента и момента сопротивления, работающих автономно и независимо друг от друга. Проведено математическое моделирование, доказывающее эффективность совместной работы наблюдателей.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы повышения эффективности оперативного управления распределенными технологическими сетями тепло- и пароснабжения производственных металлургических комплексов на основе динамического макромоделирования режимов сетей при структурных переключениях и резко переменных нагрузках. Предлагается осуществлять решение задач стабилизации потоков ресурсов в технологической сети на основе решения уравнений обратных задач динамики сети и использования расчетных контуров парирования потоковых возмущений. Алгоритмы парирования потоковых возмущений в технологической сети целесообразно строить с использованием обратных моделей динамики путей передачи входных управляющих потоков к входным узлам потоковых возмущений в сети. Предложена программная макромодель, позволяющая моделировать статические и динамические режимы систем паро- и теплоснабжения, управление зарядно-разрядными процессами паровых аккумуляторов. В данной модели регулируемым параметром является давление пара в аккумуляторе. Ограничение давления пара в аккумуляторе осуществляется с помощью специального регулятора давления, который настраивается на минимум потерь пара на свече при его избытке в сети. Данная программная макромодель позволяет моделировать работу потребителей с резко выраженной переменной нагрузкой.
Бесплатно
