Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 858
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
Статья научная
Практическая реализация методов определения места повреждения высоковольтных линий электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений сопряжена с рядом трудностей, среди которых можно выделить существенное влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания, остаточной намагниченности измерительных преобразователей тока, а также первоначальную ориентированность технологии синхронизированных векторных измерений на фиксацию, в первую очередь, установившихся режимов и медленно протекающих электромеханических переходных режимов. Вышесказанное свидетельствует о необходимости существенных изменений в организации измерительных каналов для использования данных векторных измерений для локализации места повреждения. В работе анализируется эффективность использования различных способов организации каналов измерений первичных токов для целей определения места повреждения на воздушной линии электропередачи сверхвысокого напряжения с использованием устройств синхронизированных векторных измерений. Цель работы заключается в определении оптимальной структуры измерительных каналов для расчета расстояния до места повреждения на основе векторных измерений, а также в исследовании возможности применения цифровых преобразователей тока, выполненных на основе катушки Роговского, для исключения влияния насыщения трансформаторов тока на точность локализации повреждения. Методология проведения исследований предполагает широкое использование программно-аппаратного комплекса моделирования в реальном времени RTDS, реальных устройств синхронизированных векторных измерений различных производителей и усилителя сигнала. Предметом исследования являются методы повышения точности определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи. В качестве тестовых методов используются хорошо известные двусторонние методы определения места повреждения, оперирующие различными составляющими синхронизированных векторов токов и напряжений. В результате проведенного исследования сделаны выводы о необходимости перехода к новой парадигме организации измерительных каналов, используемых устройствами синхронизированных векторных измерений, на основе нетрадиционных измерительных трансформаторов. Показано преимущество использования для целей определения места повреждения цифровых фильтров класса Р с обязательным условием их подключения к релейным обмоткам трансформаторов тока. Проанализированы конкретные варианты организации измерительных каналов для рассматриваемой задачи.
Бесплатно
Ортогональная сбалансированная ветроэнергетическая установка малой мощности
Статья научная
На основе анализа проблем, связанных с влиянием на ветроэнергетические установки внешних факторов, предлагается упрощенный способ оптимизации конструкции элементов установки. Приведены решения замены криволинейных лопастей отрезками прямых, что повысило аэродинамическое качество лопастей. По вырабатываемой мощности, скорости вращения и инерционным нагрузкам определено оптимальное количество лопастей. Установлено, что наиболее эффективной ветроустановкой является трехлопастная машина, особенностью которой являются более высокие показатели при слабых ветрах и способность самостоятельно раскручиваться из положения покоя. Конструктивной новизной является трехъярусная машина с 3 лопастями в каждом ярусе, энергопреобразующая часть которой установлена на тороидальный обтекатель. Определено наилучшее качество сопряжений траверс и узлов. Проведены расчеты предлагаемых компоновок на вибрацию в эксплуатационных и буревых режимах, показывающие удовлетворительные результаты.
Бесплатно
Освещение пунктов диспетчерского управления в энергетике
Статья научная
Использование современных автоматизированных систем технологического управления на основе дисплейных терминалов заставляет уделять особое внимание созданию оптимальных условий для зрительной работы персонала. При проектировании освещения таких рабочих мест обязательно должны учитываться специфические требования (недопустимость избыточного освещения и ограничение пульсации). Системы управления световым потоком светодиодных источников света используют ШИМ-регулирование, при этом изменяется скважность сигнала в широком диапазоне. Создана математическая модель, учитывающая особенности восприятия непостоянного освещения органами зрения. Аналитические исследования показали, что при значениях коэффициента заполнения, равных 0,5, значительно возрастает вероятность зрительного утомления, а увеличение частоты ШИМ-регулирования оправдано с точки зрения гигиенического воздействия освещения на органы зрения.
Бесплатно
Основные особенности гидродинамики и теплообмена в системе циркуляционного подогрева жидкого топлива
Статья научная
Рассмотрены вопросы гидродинамики и теплообмена в системах циркуляционного подогрева жидкого топлива в условиях нестационарности теплового режима. Численные решения подтвердили достоверность рассмотренной математической модели.
Бесплатно
Статья обзорная
Представлен сравнительный анализ процедуры технологического присоединения распределенной генерации (ТП РГ) к электрическим сетям напряжением до 35 кВ в России и Германии. Отмечено, что в настоящее время, несмотря на активное применение РГ в России, отсутствует как единая терминологическая база, так и нормативно-правовое регулирование деятельности в области технологического подключения установок РГ к существующим распределительным сетям. Обоснована необходимость совершенствования российского законодательства в рассматриваемом вопросе, которое может быть осуществлено с учетом опыта законодательного права зарубежных стран. Например, при анализе законодательства Германии выявлено, что существует целая иерархия нормативно-правовых актов, непосредственно регулирующих ТП РГ к электрическим сетям: международные акты, директивы ЕС, федеральные законы, подзаконные акты, кодексы, стандарты, технические регламенты и иные. При этом данный вопрос рассматривается как с организационной, так и с технической стороны. В заключении с учётом зарубежного опыта даны рекомендации и предложения по оптимизации условий ТП РГ в России к электрическим сетям напряжением до 35 кВ включительно.
Бесплатно
Основные характеристики факельного континуума в зоне интенсивного горения котельного агрегата
Статья научная
Анализ характеристик гетерогенного факела показывает, что применение кривой полных остатков для описания процесса пофракционного сгорания топливной пыли затруднительно, поэтому в работе предлагается новая математическая модель горения полифракционной дисперсной среды, основанная на нормальной функции распределения фракций и стандартной функции отклонений. Для согласования функции выгорания частиц топливной пыли с пространственными и временными характеристиками факела предложен ряд зависимостей, адаптированных к реальным процессам горения. При этом учтены аэромеханические и тепловые процессы в факеле, выделен начальный участок до плоскости воспламенения летучих веществ и основной участок факела, связанный с пофракционным выгоранием коксового остатка. Согласование процесса выгорания топливных частиц с линейными размерами факела позволяет определить распределение адиабатической температуры факельного континуума по его длине и с учетом модели теплообмена в зоне интенсивного горения котельного агрегата определить практическую температуру факельной среды.
Бесплатно
Основы теории обобщенного энергопотока трехфазных электромеханических преобразователей
Статья научная
Рассмотрены свойства мгновенных энергетических преобразований в трехфазных цепях электромеханических устройств. В результате суммирования мгновенных значений энергии и мощности отдельных фаз и инвариантного перехода к обобщенному энергопотоку получены уравнения динамического баланса активной и реактивной мощности электромеханических преобразователей. Показано, что обобщенные переменные суммарного энергопотока имеют аналоговый характер, как в цепях постоянного тока. Данное свойство позволило получить качественно новые аналоговые модели электромеханических устройств. На конкретном примере исследованы динамические свойства аналоговой энергетической модели и показан квазидинамический характер уравнений обобщенного энергопотока. Приведены примеры использования энергетического метода для решения задачи мониторинга нагрузки трехфазного асинхронного привода и получения переменных, недоступных для прямого измерения. Рассмотрена вариационная задача настройки параметров энергетической модели по наиболее точным техническим данным асинхронного двигателя.
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
Статья научная
Рассматривается вопрос разработки интегрированной модели автоматического регулятора возбуждения сильного действия (АРВ СД) и турбогенератора в среде программирования микроконтроллеров CoDeSys. В отличие от подходов, основанных на MATLAB/Simulink с последующей автогенерацией кода, логика работы АРВ СД и вычислительные модели объекта регулирования реализованы непосредственно в среде PLC. Приводится структурная схема модели и фрагменты кода, описывающие особенности реализации дискретного ПИД-регулятора с учетом реального цикла PLC, а также моделирования обмотки ротора как апериодического звена с численным интегрированием. Показано, что функциональных возможностей среды достаточно для разработки как непосредственно самих алгоритмов логики микропроцессорных устройств, так и имитационных моделей, необходимых для их тестирования и отладки. Предложенный подход позволяет выполнять предварительную проверку и настройку АРВ СД без применения внешних пакетов моделирования, обеспечивая расхождение не более 1,8 % с осциллограммами реальных переходных процессов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности включения математической модели длительных режимов ППТН в разработанную в среде Labview на кафедре ЭССиС программу расчета электрической сети. Программа позволяет задавать конфигурацию сети, сопротивления ЛЭП, мощности нагрузок и генерации, напряжение балансирующего узла и точность расчета. Проанализированы потери в сети в зависимости от загрузки ППТН, на примере послеаварийных режимов сети показаны положительные свойства ППТН в сравнении с передачей переменного тока. Показано, что применение ППТН расширяет возможности оптимизации режимов сети и позволяет повысить ее надежность в аварийных и послеаварийных режимах. Особенность модели длительных режимов ППТН состоит в том, что векторы напряжений в узлах выпрямительной и инверторной подстанций не связаны жестко, а активная мощность линии регулируется независимо. В модели узлы связаны через потребление мощности в одном узле и генерацию во втором, причем характерно, что в длительных режимах контур постоянного тока ППТН описывается теми же уравнениями, что и ППТ на преобразователях тока с фазовым регулированием. Потери в преобразовательных трансформаторах и реакторах и преобразователях учтены в виде нагрузок в узлах соответствующих подстанций. Векторная разность между напряжением выпрямительной подстанции и сетевым напряжением определяет величину и направление полной мощности передачи. То же справедливо и для инверторной подстанции по отношению к ее прилегающей энергосистеме. Предельно допустимая мощность передачи ограничивается наибольшим действующим значением тока преобразователя, который ограничен нормируемой токовой нагрузкой силовых полупроводниковых приборов. Разработанная программа рассчитана на применение в учебных целях, а модель ППТН - для интеграции в промышленные программы расчета и оптимизации режимов энергосистем.
Бесплатно
Особенности накипеобразования в трубах теплообменных аппаратов
Статья научная
Статья посвящена исследованию закономерностей процесса образования накипи и его влияния на эффективность работы теплообменных аппаратов. Обычно проектирование теплообменников осуществляется при постоянном коэффициенте запаса поверхности, чтобы учесть процесс отложения накипи. Указанное обстоятельство приводит к необоснованному увеличению расхода цветного металла. В связи с этим целесообразно установить закономерности влияния на теплопередачу возрастающего во времени термического сопротивления слоя накипи. Получение расчетных рекомендаций дает возможность снизить перерасход топлива и повысить эффективность работы турбоагрегатов. Необходимость для практики решения указанных задач позволяет считать рассматриваемую работу актуальной. Проанализированы и идентифицированы факторы, влияющие на процесс образования неорганических отложений в трубках конденсаторов турбоустановок. Показано наличие определенной противоречивости выводов о влиянии на отложение накипи тепловой нагрузки, скорости и температуры воды, геометрии канала и концентрации солей в теплоносителе. Это обстоятельство затрудняло прогнозирование снижения теплосъема в процессе эксплуатации. В данной работе определена зависимость для расчета интенсивности накипеобразования в трубах при изменении скорости, температуры, жесткости теплоносителей за большой промежуток времени. Экспериментально установлено, что в диапазоне испытанных тепловых нагрузок с увеличением скорости охлаждающего теплоносителя замедляется снижение тепловой эффективности в связи с уменьшением интенсивности накипеобразования. С ростом длины трубы, температуры воды и ее жесткости повышается среднее количество отложившейся на поверхности стенки накипи. Сравнением относительной интенсивности накипеобразования в гладких и шероховатых трубах количественно показано преимущество профилированных трубок определенной геометрии.
Бесплатно
Статья научная
Описан программный пакет проектирования вентильных электрических машин с аксиальным зазором, в котором для анализа используется метод конечных элементов, для синтеза - многоуровневая оптимизация.
Бесплатно
Статья научная
Тензорно-топологический метод Крона, развиваемый многими отечественными и зарубежными исследователями, открывает широкие возможности для решения прикладных задач в сложных электроэнергетических системах с помощью тензорного анализа и диакоптики. Его применение к анализу и расчету несимметричных и сложных видов повреждений, возникающих в системах электроснабжения (СЭС), имеет свои особенности, обусловленные необходимостью преобразований переменных (систем координат). Помимо задач определения матриц преобразования и уравнений связи появляются проблемы объединения отдельных частей системы, которые представлены в различных координатах. Затруднения возникают вследствие необходимости преобразования этих матриц при построении схем замещения. В предлагаемой статье на простейших примерах рассмотрены некоторые особенности совместного применения матриц преобразования координат, матриц соединения и уравнений связи, а также их различения при моделировании и анализе несимметричных повреждений в СЭС.
Бесплатно
