Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Статья научная
Компенсация реактивной мощности в сетях высокого напряжения применяется и должна применяться в качестве инструмента повышения надежности и энергоэффективности электроснабжения, которые подразумевают обеспечение целого ряда показателей работы сетей: от поддержания требуемых уровней напряжения и допустимых токовых загрузок элементов до обеспечения нормируемого значения коэффициента мощности и снижения потерь электроэнергии. Из-за необходимости учета инвестиционной привлекательности проекта проблема выбора оптимальных мощностей и мест установки средств компенсации становится многофакторной задачей, требующей комплексного моделирования сетей электроснабжения в комбинации с применением специальных математических методов поиска оптимальных решений. В данной работе представлена методика оптимального размещения компенсирующих устройств по критерию максимума чистого дисконтированного дохода с учетом потерь электроэнергии за расчетный период и требований к уровням напряжения на шинах подстанций сети на основе метаэвристического метода дифференциальной эволюции. При этом в качестве базы для моделирования и выполнения расчетов используется программный комплекс DIgSILENT PowerFactory 2020. Предлагаемый подход позволяет осуществить выбор наилучших мест установки устройств компенсации реактивной мощности и их параметров из предопределенного расчетчиком модельного ряда и одновременно принять во внимание сетевые ограничения и приведенные затраты для произвольного периода планирования, что продемонстрировано на примере 14-узловой модели IEEE.
Бесплатно
Оптимизация «естественного» переходного процесса
Статья научная
Обсуждаются возможности уменьшения величины учитываемой энергии потерь при переходном процессе в электрической цепи путем дополнения цепи звеном из реактивных элементов. Метод предварительной оценки возможностей оптимизации построен на анализе параметров искусственной добавки к переходным параметрам состояния цепи, способной уменьшить потери вне связи с ее реализуемостью. Приведен пример реализации такой добавки, подключение которой к исходной действительно оставляет неизменными параметры состояния на концах интервала учета, снижая вместе с тем величину энергии потерь за весь интервал учета.
Бесплатно
Краткое сообщение
Разработана методика оптимизации алгоритмов централизованного комплекса релейной защиты и автоматики (РЗА), основанная на статистическом испытании совместной модели защищаемого объекта и комплекса РЗА. Модель защищаемого объекта и микропроцессора комплекса реализована в среде LabVIEW.
Бесплатно
Оптимизация динамических режимов комплекса асинхронных электроприводов технологической линии
Статья научная
Представлены результаты исследований и синтеза системы управления комплекса электроприводов технологической линии окраски листового материала - древесноволокнистой плиты (ДВП) для строительной и мебельной промышленности. Линия построена на базе асинхронных электроприводов с частотным управлением (АЭП). Для повышения качества изделий решалась задача обеспечения равномерной окраски и сушки листов на всех стадиях технологического процесса. Перевод части валков линии на индивидуальный привод обеспечил возможность регулирования их скорости, что позволило добиться выравнивания линейной скорости протягивания листа. Введение положительной обратной связи по току статора в АЭП с бездатчиковым управлением группы валков, отвечающей за покраску листа ДВП, позволило эффективно решить задачу комплексного управления электроприводами линии окраски и уменьшить долю брака до 1-3 %.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый подход к решению задачи построения и выбора оптимальной схемы прокладки кабельной сети сбора мощности морских ветроэлектростанций для повышения их технико-экономической эффективности. Целью оптимизации является снижение общей стоимости кабельной сети и затрат на коммутационное оборудование с учетом технических ограничений, в число которых входит обеспечение выбора достаточных по проводимости сечений кабелей и исключение их взаимного пересечения на схеме. Поставленная задача сведена к построению минимального остовного дерева с ограничением на проводимость связей и степень узлов (Degree-constrained capacitated minimum spanning tree - DCMST). Методика поиска решения базируется на применении комплексного подхода, состоящего в использовании двух алгоритмов: эвристического алгоритма с параметризованной функцией компромиссных решений, выполняющего непосредственно построение схемы, и эволюционного алгоритма (роя частиц), осуществляющего подбор параметров первичного алгоритма, что позволяет достичь более качественных решений. Тестирование методики проведено на основе ряда испытаний, в ходе которых выполнялось построение схем и сравнения полученных результатов с решениями, выполненными другими алгоритмами. Результаты тестовых испытаний показали, что предложенный подход позволяет заметно повысить экономичность построенных схем, что продемонстрировано в серии испытаний и оценено путем сравнения с другими методиками, а также путем сопоставления технико-экономических показателей оптимизированных схем с фактической схемой морской ветроэлектростанции Walney1.
Бесплатно
Оптимизация надежности теплоснабжения с учетом функций активного потребителя
Статья научная
Рассматривается проблема анализа и оптимизации надежности теплоснабжения активного потребителя (АП) тепловой энергии в теплоснабжающих системах (ТСС) с учетом их дополнительной тепловой мощности, обеспечиваемой собственными источниками тепловой энергии (ИТ). Сформулирована научно-методическая проблема, заключающаяся в определении оптимального соотношения значений параметров надежности элементов ТСС (интенсивностей отказов и/или восстановлений) и мощности собственного ИТ АП, обеспечивающего требуемый уровень надежности теплоснабжения при минимальных суммарных затратах на обеспечение элементной надежности системы и эксплуатацию собственных ИТ АП. Предложены методы решения сформулированной задачи, основанные на использовании теории надежности, моделей марковских случайных процессов, некоторых закономерностей теории вероятностей, узловых ПН, моделей теории гидравлических цепей и укрупненных закономерностей теплофизических процессов, протекающих при теплоснабжении потребителей. Проведен вычислительный эксперимент с использованием разработанных методов на основе тестовой схемы ТСС с характеристиками, приближенными к реальным системам, сформулированы выводы и направления дальнейших исследований.
Бесплатно
Оптимизация новых типов электромеханических преобразователей в электротехнических комплексах
Статья научная
Представлены результаты оптимизации электротехнического комплекса на примере синхронной реактивной машины независимого возбуждения с позиции минимума массы силовых элементов.
Бесплатно
Оптимизация пусковых процессов в асинхронном частотном электроприводе со скалярной САР
Статья научная
В работе рассматриваются принципы оптимизации частотно-регулируемых асинхронных электроприводов со скалярными разомкнутыми системами управления. Обсуждаются вопросы формирования специальных законов управления, предназначенных для работы в динамических (пуско-тормозных режимах). Предлагаются структуры для реализации указанных законов. Также обсуждается вопрос начального намагничивания асинхронного привода в скалярной системе. Приводятся результаты моделирования.
Бесплатно
Оптимизация работы электрической сети с применением элементов гибких передач
Статья научная
Статья посвящена вопросу оптимизации, сокращению потерь и увеличению устойчивости сети за счет внедрения устройств, позволяющих влиять на режим и перетоки мощности электрической сети. Основную роль в развитии ЭС играют современные технические средства и технологии, обеспечивающие управляемость электрической сети и реализацию управления. Одной из наиболее перспективных в этой области являются FACTS-технологии или гибкие управляемые элементы электрической сети, суть которых состоит в том, что электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. В статье проведен анализ развития сети 500/220/110 кВ с применением устройств, позволяющих влиять на работу сети: СТК, БСК, УПК. Рассчитаны установившиеся режимы, потери активной мощности, потери электроэнергии за год до и после применения устройств. Произведен анализ эффективности применения каждого устройства. Выполнен расчет электрической сети 500/220/110 кВ в аварийном режиме при отключении линии 500 кВ с применением СТК. Проанализирована эффективность использования устройства СТК в аварийном режиме.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена история создания погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) в США, отметившая свой 100-летний юбилей, а также начало внедрения УЭЦН в Советском Союзе с середины прошлого века. Отмечено, что в последние два десятилетия темпы отбора нефти из нефтяных месторождений в России наращиваются в основном благодаря использованию погружных электроцентробежных насосов. Парк погружных установок для добычи нефти исчисляется в настоящее время сотнями типоразмеров. УЭЦН разработаны в габаритах по наружному диаметру от 69 до 185 мм, с производительностью от 15 до 2000 м3/сут. В этой связи в рамках оптимизации работы системы «пласт - скважина - насос» и повышения эффективности добычи нефти выявлена необходимость не только грамотного выбора типоразмера насоса, но и умелого управления работой скважин, оснащенных УЭЦН продолжительное время (1,5-2 года). Причиной непрерывного мониторинга режимов работы УЭЦН является наличие большого числа горно-геологических и технологических факторов, влияющих на приток флюидов пласта в скважину, в том числе факторов сезонности и климатических условий. В работе рассмотрены приемы регулирования отборов из скважин (производительности) УЭЦН с применением устьевого штуцера и частотного преобразователя. Приведены основные расчетные формулы для определения диаметра сопла штуцера в сравнении с применением частотного преобразователя.
Бесплатно
Оптимизация систем электроснабжения в жилых домах с электроотоплением
Статья научная
Предложен способ определения основных параметров нагрузок, формируемых бытовыми электроприемниками. Приведены сравнительные расчеты эффективности сглаживания графика нагрузки для различного числа обогревателей. Для ограниченной максимальной нагрузки квартирного ввода определены допустимые теплопотери помещений и оптимальная мощность электрообогревателей.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке методики и программного приложения для оптимизации состава оборудования гибридных энергетических систем с возобновляемыми источниками энергии. Приведено описание предлагаемой методики и математических моделей основных компонентов гибридных систем: фотоэлектрической станции, ветроэнергетической установки, аккумуляторной батареи и дизель-генераторной установки. Отличительной особенностью предлагаемой методики является использование для прогнозирования солнечной радиации оригинальной модели на базе данных Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Это позволяет ее использовать для прогнозирования основных характеристик солнечного излучения в любой географической точке России, в том числе и для территорий, по которым отсутствуют результаты регулярных актинометрических наблюдений. Для прогнозирования суточного хода скорости ветра используется функция обратного распределения Вейбулла, что обеспечивает повышение достоверности прогнозирования выработки электроэнергии ветроэнергетической установкой на суточных временных интервалах. Для решения оптимизационной задачи используется эволюционный алгоритм роя частиц, который обеспечивает надежное и эффективное определение глобального экстремума целевой функции при различных критериях оптимизации и ограничениях. Рассмотрен практический пример применения методики для выбора оптимального состава оборудования гибридной энергетической системы с различной конфигурацией оборудования, территориально размещенной в районе города Владивостока. Методика реализована в виде программного приложения в популярном математическом комплексе MATLAB, что обеспечивает удобство ее практического применения.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы оптимизации функции управляющего воздействия для электропривода с синхронной реактивной машиной с независимым управлением по каналу возбуждения (СРМНВ). Сформулирована задача оптимизации формы пространственной магнитодвижущей силы статора для разных вариантов источников питания обмоток с учетом принятых ограничений, записаны уравнения связи. Рассмотрены схема питания с индивидуальными источниками тока на каждой фазе и схема с двумя автономными инверторами, работающими параллельно. Проведено сравнение СРМНВ с традиционным реактивным двигателем, рассмотрен случай, когда последний питается от источника синусоидального напряжения. При питании синхронной реактивной машины синусоидальным напряжением величина q получается ниже по сравнению с исходным случаем. Рассмотренные в статье оптимальные соотношения, как показал приближенный аналитический анализ, способны дать первичную оценку принимаемым решениям, что существенно сокращает временные затраты.
Бесплатно
Оптимизация числа фаз в энергосберегающих регулируемых электроприводах переменного тока
Статья научная
Предложен метод оптимизации числа фаз в электроприводах переменного тока. Рассмотрены схемы силовых цепей вентильного преобразователя и двигателя для электропривода с шестифазным синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения.
Бесплатно
Оптимизация электроприводов переменного тока промышленных механизмов
Статья научная
В статье рассматриваются проблемы оптимизации при проектировании комплекта электропривода переменного тока мощностью до 1 МВт. Необходимость оптимизации при проектировании электроприводов обусловлена технико-экономическими показателями при долгосрочной эксплуатации электропривода. Основной проблемой оптимизации электроприводов переменного тока является сложность математического описания электродвигатель-преобразователь частоты. Представлена обобщенная математическая модель электроприводов переменного тока, в которой нелинейная часть преобразователя частоты представлена апериодическим звеном с постоянной времени Ti, звеном чистого запаздывания с постоянной времени τ и переключающей функцией Ψni, которые являются аппроксимирующими для передаточной функции полупроводникового преобразователя. Такая математическая модель позволяет синтезировать силовые цепи и систему управления i-фазного преобразователя. Оптимизация электромеханического преобразователя рассмотрена с применением метода конечных элементов.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена определению уровня использования энергоресурсов, при котором энергозатраты достигают минимального значения. На примере автономной системы электроснабжения небольшого поселка, включающей несколько возобновляемых и резервный источники электроэнергии, обоснованы параметры автономного энергокомплекса и оптимизирована структура энергетических потоков c использованием методов математического моделирования, являющихся наиболее достоверными и обоснованными. Для исследования вопросов, связанных с оптимизацией структуры энергетических потоков, используется системный подход для выбора решений, при котором объект рассматривается как сложная система, состоящая из множества элементов, работа каждого элемента оптимизируется с учетом его связи с другими элементами и влияния на работу объекта в целом. Решение задачи оптимизации осуществляется с помощью аналитических и численных методов, в результате определяются оптимальные энергопотоки и удельные годовые приведенные затраты. Задача решается методом «ветвей и границ» дискретного программирования.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается комплекс научных подходов и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности электроснабжения предприятий черной металлургии, прорабатываемых научными школами МГТУ им. Г.И. Носова совместно с ПАО «ММК». Описаны принципы формирования математических моделей энергопотребления, основы их оптимизации, а также практические вопросы нормирования и планирования энергозатрат и оперативного управления энергохозяйством. Приведены примеры реализации энергосберегающих мероприятий на собственных заводских электростанциях, а также на таких энергоемких объектах, как дуговые сталеплавильные печи и прокатные станы. Представлен опыт ПАО «ММК» по внедрению современных средств автоматизации в энергохозяйстве и системах электроснабжения в рамках перспективной программы развития «Индустрия 4.0».
Бесплатно
Статья научная
Существует мало лабораторных стендов, которые имитируют работу прямоточных котлов, в то время как процессы, происходящие в таких устройствах, относятся к сложным в гидравлическом и теплофизическом аспектах. Изучив гидродинамику теплоносителя в цилиндрическом сложнонавитом змеевике, можно повлиять на производительность котла. Движение воздуха через подобный змеевик также представляет интерес для интенсификации процесса теплообмена в паровых прямоточных котлах. Современные приборы автоматизации могут позволить снять показания теплоносителя и воздуха с высокой точностью, а также передать экспериментальные значения на персональный компьютер для сохранения и последующего анализа данных. В статье представлены результаты по проектированию и сборке лабораторного стенда, который предназначен для опытного исследования аэро- и гидравлической систем прямоточного котла с помощью автоматического управления устройствами и сбора данных. Отображены результаты моделирования и экспериментальных данных.
Бесплатно
Статья научная
Транспортабельная котельная установка распространена в Северных регионах страны и имеет большой и стабильный спрос в самых разных сферах жизни. Применяемое оборудование и схемы существующих котельных установок устарели, требуют замены и модернизации. Новая установка включает в себя паровой котел змеевикового типа и вспомогательное оборудование, которое спроектировано с учетом выявленных недостатков. Змеевики парового котла представляют собой коаксиальные цилиндры. Область применения модернизированной транспортабельной котельной установки - нефтяное месторождение на Севере. Работа направлена на изучение опытно-теоретического исследования работы парового котла змеевикового типа при реальных рабочих условиях. Приведены опытные данные работы котельной установки. Получены зависимости расхода топлива котельной установкой от температуры и давления теплоносителя. Собранные данные проанализированы с помощью статистического анализа. Сформулированы выводы и заложено перспективное направление для дальнейшего исследования и улучшения парового котла змеевикового типа. Предложены уравнения для расчета конвективной составляющей лучисто-конвективного теплообмена в газоходах с учетом конструктивной особенности котельного агрегата путем введения новых поправочных коэффициентов. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало их удовлетворительное соответствие.
Бесплатно
Организация контроля изоляции в распределительной сети карьера "Таррор"
Статья научная
Надежность работы электрооборудования и безопасность его эксплуатации, а также уровень электробезопасности и пожаробезопасности на горнодобывающих предприятиях непосредственно связаны с состоянием изоляции электрических сетей, прежде всего величиной полного сопротивления изоляции относительно земли. Контроль этих параметров в процессе эксплуатации электрооборудования позволяет повысить эффективность и надежность работы электрооборудования. Освещается актуальная на сегодняшний день проблема выбора методов контроля параметров изоляции фаз сети относительно земли распределительных электрических сетей с изолированной нейтралью. В данной статье рассматриваются краткая характеристика СП «Зеравшан», разработанная для него система контроля изоляции и результаты проверки ее работоспособности на компьютерной модели. Исследования показали, что при номинальной нагрузке в сети погрешность определения полного сопротивления изоляции не превышает 20 %, что доказывает работоспособность предлагаемой системы контроля изоляции фаз сети относительно земли. Таким образом, внедрение в практику эксплуатации распределительных сетей разработанной системы контроля параметров изоляции позволит повысить надежность и безопасность электроснабжения.
Бесплатно
