Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 738
Адаптация математической модели обобщенного теплообмена в топках
Статья научная
Рассмотрение схемы потоков продуктов сгорания в топках и проточных камерах сгорания в рамках парадигмы теплообмена позволило определить соотношение обобщенных механизмов теплопереноса - конвективного и радиационного. Реализован переход от равномерного распределения скорости потока газов к неравномерному распределению в топках с ограждением, имеющим особенности геометрии. Это дало возможность учесть применение газов рециркуляции, двухсветных экранов, изменение формы и величины поперечного сечения топки, установку в топке ширмовых поверхностей. Рассмотрены условия корректности математической модели, при этом получены собственные числа краевой задачи в условиях несимметричного температурного поля и функция изменения температуры газов по высоте топки. Сравнительный анализ характера изменения температуры газов по высоте по предложенной модели с расчетом для парового котла производительностью 950 т/ч по нормативному методу показал удовлетворительное согласование расчетных данных с погрешностью +4,87 %.
Бесплатно
Адаптация степени черноты продуктов сгорания топлив к интервалу температур 1000...2000 К
Статья научная
Точность расчетов теплообмена излучением от потока высокотемпературного газа, полученного при сжигании природных топлив, в значительной степени зависит от точности и представительности данных о теплофизических свойствах газов и величине радиационного теплового потока. На основе надежных экспериментальных данных разработаны зависимости, позволяющие производить расчеты степени черноты продуктов сгорания. Определена точность расчетного приближения экспериментальных данных в функции двух факторов - оптической плотности газа и его температуры. По уточненным экспериментальным данным проведена адаптация параметров в зависимости для расчета коэффициента ослабления и числа Бугера. Рассмотрен диапазон применения полученных результатов для зоны интенсивного горения и основного объема топки котельного агрегата, что дает возможность определить граничные условия для этих участков котельного агрегата. Для зоны интенсивного горения применима разработанная ранее математическая модель с трехкомпонентной схемой, позволяющая разделить влияние факельного континуума и топочных газов. Теплообмен в основном объеме топки описывается в рамках парадигмы теплообмена, которая позволяет учесть конфигурацию топки и эффективность теплоотдачи на экранные поверхности.
Бесплатно
Адаптер-трансивер для ВЧ-аппаратуры PLC-технологий
Статья научная
Представлен анализ особенностей PLC-технологий, описаны используемые схемотехнические решения адаптеров для ВЧ-аппаратуры и режимы их функционирования. Предложен новый тип адаптеров-трансиверов, основанный на новом принципе построения, реализующем магнитоэлектрический эффект в структуре композитного материала. Одним из основных компонентов предложенных адаптеров, фактически осуществляющим трансляцию информационного ВЧ-сигнала в фазные провода линии электросети, является ферритовый стержень. Анализируются физические эффекты, лежащие в основе работы предложенного адаптера-трансивера. Основным отличительным свойством предложенного адаптера является отсутствие трансформаторной и гальванической связей между силовой высоковольтной линией электросети и низковольтными информационными цепями, что гарантированно обеспечивает блокировку воздействия рабочего высокого напряжения линии электросети на низковольтные цепи ВЧ-аппаратуры. За счет этого предложенный вариант адаптера-трансивера легко встраивается в типовую ВЧ-аппаратуру для PLC-технологий, обеспечивая новый качественный уровень ее функционирования. Разработанные новые типы адаптера-передатчика и адаптера-приемника прошли экспериментальную проверку в составе экспериментальной системы охранно-пожарной сигнализации, особенностью которой являлось использование двух видов каналов передачи: на основе беспроводных технологий с использованием радиоканала и с использованием PLC-технологий.
Бесплатно
Статья научная
При близких от шин электростанций коротких замыканиях в энергосистеме существенно снижается напряжение на выводах синхронных генераторов. При этом тиристорные системы самовозбуждения с нормируемыми алгоритмом и параметрами режима форсировки в ряде случаев не могут провести форсировку, поднимая напряжение и ток возбуждения. Возникает лавина напряжения, генератор теряет возбуждение и отключается. В системах возбуждения с микропроцессорным управлением несложно изменить параметры алгоритма процесса форсировки. Поэтому представляет интерес определить, нельзя ли, сделав кратность форсировки по току выше двукратной, а в будущем адаптивной к результирующему импедансу энергосистемы при коротком замыкании, сохранить генератор в энергосистеме. В статье для генераторов различной мощности, работающих с системами возбуждения разных типов, исследованы зависимости напряжения на выводах генератора от результирующего импеданса энергосистемы при коротком замыкании при разных кратностях форсировки по току. Показана целесообразность изменения кратности и длительности форсировки по току, позволяющие расширить зону, при коротких замыканиях в которой не возникает лавина напряжения и генератор не теряет возбуждение. Изменение кратности форсировки генераторов по сравнению с типовой позволит повысить надежность электростанций и энергосистемы в целом.
Бесплатно
Адаптивная система синхронизации трехфазного мостового реверсивного тиристорного преобразователя
Статья научная
Рассмотрен принцип построения адаптивного к нестабильности напряжения сети канала синхронизации тиристорного преобразователя. Приведены результаты его моделирования в пакете MatLab + Simulink и дана оценка характеристик адаптивного и традиционного принципов синхронизации.
Бесплатно
Статья научная
Предложен новый принцип построения устройства синхронизации (УС) на основе интегрирующего развертывающего преобразования для ведомых сетью силовых вентильных преобразователей (ВП). УС представляет собой нелинейную импульсную систему, в основе которой лежит замкнутая структура интегрирующего развертывающего преобразователя (РП), работающего в режиме внешней синхронизации с частотой напряжения сети. Приведены структурная схема, временные диаграммы сигналов и условия внешней синхронизации РП гармоническим и прямоугольным биполярным сигналами. Получены рекомендации по выбору соотношения частоты собственных автоколебаний развертывающего преобразователя и частоты напряжения сети. Показано, что адаптивное интегрирующее устройство синхронизации полностью адаптируется к нестабильности амплитуды и частоты напряжения сети в пределах ±50 % и выше. В отличие от известных схем синхронизации предложенное УС представляет собой адаптивный фильтр первого порядка, полоса пропускания которого автоматически перестраивается в зависимости от амплитуды и частоты напряжения сети. Это свойство интегрирующего УС позволяет подавлять высшие гармоники в питающей сети при нестабильности частоты в пределах ±50 % и выше. Также показана высокая помехоустойчивость предложенного адаптивного интегрирующего УС по отношению к коммутационным искажениям напряжения сети. Все это говорит о целесообразности его применения в системах управления ВП, питание которых осуществляется от автономной системы электроснабжения «малой» мощности, например, дизель- или ветрогенераторных установок. Даны рекомендации по выбору параметров адаптивного интегрирующего УС. На примере трёхфазного реверсивного тиристорного выпрямителя постоянного тока рассмотрена функциональная схема перекрестной синхронизации, а также приведены результаты ее практического применения в составе систем управления силовыми ВП.
Бесплатно
Адаптивные токовые защиты от замыканий на землю в электроустановках 6-10 кВ и опыт их применения
Статья научная
Рассматриваются алгоритмы функционирования и структуры отдельных устройств централизованной и управляемой токовой защиты от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ и результаты их опытной эксплуатации.
Бесплатно
Активный фильтр для зарядно-выпрямительного устройства систем электропитания
Статья научная
Предлагается активный фильтр (АФ) для системы электропитания на базе зарядно-выпрямительного устройства моноблочного типа ЗВУ НРТ 160.220. Компенсатором гармонических составляющих здесь служит полумостовая схема однофазного инвертора напряжения. Преобразователь является источником гармонической составляющей, противоположной по фазе тем гармоникам, которые присутствуют в выходном сигнале выпрямителя ЗВУ. АФ подключается последовательно в выходную цепь выпрямителя через согласующий трансформатор с малым числом витков обмоток. В работе предлагается методика по разработке активного фильтра с системой управления. Приведен расчет аналоговых фильтров нижних частот и высших частот (Бесселя 2-го порядка). Был произведен анализ работы ЗВУ с фильтром и без, при разных значениях выходного напряжения выпрямителя. Приведены эпюры токов и напряжений в основных точках схемы АФ, полученные в ходе моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Внедрение САПР в процесс проектирования электрической части подстанций значительно сокращает время, затрачиваемое проектировщиком на решение рутинных задач. В работе описан алгоритм автоматизированного выбора схемы открытого распределительного устройства напряжением 35-220 кВ, реализованный в программном обеспечении «ОРУ CAD». Предложенный авторами алгоритм осуществляет выбор схемы распределительного устройства на основе действующей нормативной документации и норм проектирования. Кроме этого предлагаются альтернативные варианты, удовлетворяющие части условий, для их последующего сравнения по критериям надежности и приведенным затратам. В алгоритме при выборе схемы учтены такие факторы, как класс напряжения и число присоединений, тип подстанции, число нерезервированных присоединений и необходимость в системе плавки гололеда на линиях электропередачи. Кроме этого для тупиковых подстанций учтено наличие возможности передачи сигнала релейной защиты на выключатель со стороны источника питания и наличие тупиковых подстанций на питающей линии электропередачи. Для проходных подстанций учтена возможная необходимость в частой коммутации силовых трансформаторов. Описанное в работе программное обеспечение может быть использовано в качестве автоматизированного рабочего места инженера-проектировщика электрической части подстанций.
Бесплатно
Статья научная
В задачах электроэнергетики интересующие нас параметры стационарных режимов, электрические величины при повреждениях, уставки релейной защиты и т. д. являются функциональными зависимостями многих аргументов. Нахождение законов распределения вероятностных характеристик способно предоставить понимание всех возможных состояний, в которых может существовать объект. Проблема их получения заключается в сложности учета всех взаимосвязей между случайными аргументами исходных данных при решении классическими статистическими методами, что не имеет должного полного решения. В статье приводятся разработанные алгоритмы применения численного вероятностного метода селекции границ входных и выходных данных для определения законов распределения вероятностей параметров режимов и электрических величин в установившемся режиме и сверхпереходный момент при повреждениях. Особенностью алгоритмов является использование генеральной совокупности случайных аргументов, состоящей из квантилей дискретных порядков. Таким образом, количество вариантов генеральной совокупности случайных аргументов может быть существенно сокращено, но точность формирования вероятностных характеристик неизменна. Поставленные задачи были решены с использованием положений теории вероятностей и математической статистики, в энергетике в частности, численных методов оптимизации. Также использовался пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB. Определение вероятностных характеристик электрических зависимостей в недетерминированной форме позволяет проводить практику расчетов в электроэнергетике и электротехнике, когда полученные результаты становятся полными и гарантированными, что позволяет объективно и надежно проводить оптимизацию и оценку истинности рисков и прогнозов. Также программная реализация алгоритмов позволит решить ряд практических задач, таких как определение законов распределения вероятностей рисков перегрузки, аварийной потери и разрушений.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена обоснованию актуальности защиты воздушной линии электропередач от обледенения и анализу используемых в настоящее время на практике или находящихся на стадии подтверждения эффективности и отработки технологий применения методов устранения льда на проводах. Также в статье в общем виде предложена методика, позволяющая определить оптимальные значения термоэлектроволокна в рамках общей задачи оптимизации воздушной линии электропередач. Результаты оптимизации будут являться основными для формирования требований к термоэлектроволокну при решении проблемы защиты воздушной линии электропередач от обледенения. Использование описанной в статье методики планируется в ходе дальнейших исследований по обоснованию и разработке системы защиты воздушной линии электропередач от обледенения на основе применения термоэлектроволокна.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен новый алгоритм пространственно-векторной ШИМ с гибридной последовательностью переключения для трехуровневого автономного инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой. Основываясь на преимуществах пятиступенчатой и семиступенчатой последовательностей переключений, гибридная последовательность была разработана с целью поддержания баланса напряжения нейтральной точки на заранее заданном уровне и уменьшения коммутационных потерь силовых ключей. Предложенный алгоритм позволяет гибко регулировать уровень достижения заявленных критериев в зависимости от условий работы системы путем изменения коэффициента регулирования. В работе получена аппроксимированная зависимость, позволяющая определить оптимальный коэффициент регулирования для любых значений заданной частоты на входе инвертора при работе на асинхронный короткозамкнутый двигатель с законом управления U/f = const. Эффективность данного алгоритма подтверждена на основе компьютерного моделирования в среде MATLAB Simulink. Приведены экспериментальные зависимости пространств статического состояния максимальной ошибки напряжения нейтральной точки и числа пар переключений силовых ключей в зависимости от заданной частоты на входе инвертора и коэффициента регулирования гибридной последовательности переключений. Полученные результаты показали, что в предлагаемом алгоритме ПВШИМ с гибридной последовательностью количество силовых ключей снижается в среднем на 14,3 % при сохранении баланса напряжения нейтральной точки, близкого к семиступенчатой последовательности (отклонение не превышает 0,75 %). Таким образом, предложенный алгоритм является эффективным инструментом для управления трехуровневого инвертора напряжения, что благоприятно сказывается на его энергосбережении, массогабаритных показателях и эксплуатационной надежности.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводится модернизация алгоритма расчета дополнительных потерь мощности в электрических сетях в несинусоидальных нестационарных режимах. Основой метода является математический аппарат вейвлет-преобразования. Отличием от ранее существующих методов является предварительный выбор оптимальной вейвлет-функции по условию энергии спектра гармонической группы. В работе предложено совместить гармонические и интергармонические группы, определенные в действующей нормативно-технической документации с полосой пропускания вейвлет-функции. Вторым определяющим фактором при выборе оптимальной вейвлет-функции является минимальное среднеквадратичное отклонение исходного и восстановленного сигнала. Предложенный алгоритм позволяет для нестационарных режимов определять действующие значения высших гармоник и интергармоник, а также длительность (время) присутствия высокочастотных компонент в сигнале тока. Полученные величины необходимы для расчета дополнительных потерь мощности и энергии в токоведущих частях. Повышение точности расчета потерь при несинусоидальных нестационарных режимах позволит корректировать технико-экономические обоснования внедрения устройств для фильтрации высших гармоник и интергармоник.
Бесплатно
Статья научная
Предложен алгоритм смены шаблонов углов переключений ключей трёхуровневого преобразователя при широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник. Алгоритм позволяет осуществить выбор необходимого шаблона углов переключений в зависимости от изменения частоты выходного напряжения преобразователя. Решена задача смены шаблонов углов переключений ШИМ с удалением выделенных гармоник при не более одной коммутации полупроводниковых модулей преобразователя. Подробно рассмотрены структурная схема и блок-диаграмма предложенного алгоритма. Представлены результаты моделирования, подтверждающие работоспособность алгоритма и демонстрирующие формирование переменной частоты выходного напряжения трёхуровневого преобразователя и смены шаблонов углов переключений без бросков и колебаний тока во время переключений. Реализованный алгоритм может быть легко адаптирован под задачи смены других методов широтно-импульсной модуляции.
Бесплатно
Алгоритм управления многозонным индукционным нагревом от источника с ограниченной мощностью
Краткое сообщение
Приведены результаты разработки алгоритма управления статическим источником электронагрева с ограниченной выходной мощностью. Проведенный анализ позволил оптимизировать нагрев нескольких зон в установке индукционного нагрева для эпитаксиальной технологии.
Бесплатно
Статья научная
Для исследования электромеханической совместимости асинхронного электропривода разработана компьютерная модель. На компьютерной модели исследовано влияние частоты ШИМ-инвертора и величины нагрузки на валу асинхронного двигателя на уровень пульсаций электромагнитного момента. Приведены результаты моделирования и сформированы рекомендации по модификации алгоритмов управления преобразователем, повышающие электромеханическую совместимость асинхронного электропривода.
Бесплатно
Алгоритмы защиты трансформатора для выявления внутренних коротких замыканий
Статья научная
В статье приводится описание защиты, основанной на модели трансформатора. Описанная авторами защита не требует расчетов и не зависит от режима работы энергосистемы. При этом чувствительность защиты обеспечивает обнаружение внутренних витковых замыканий и замыканий на корпус в силовом трансформаторе. В статье производится сравнение предложенного алгоритма с усовершенствованной версией дифференциальной защиты, способной фиксировать большую часть внутренних замыканий трансформатора.
Бесплатно
Алгоритмы интеллектуального управления режимом распределительной сети
Статья научная
Рассмотрены алгоритмы анализа режима и реконфигурации распределительных сетей с установками малой генерации. Алгоритмы, учитывающие разомкнутый характер сети, строятся по методу вторых адресов. Для оценивания состояния сети по оперативной информации от устройств телемеханики и реклоузеров использован метод случайного поиска.
Бесплатно
Алгоритмы оптимальной реконфигурации распределительной сети
Статья научная
Предложены алгоритмы поиска оптимальной эксплуатационной схемы для использования в системе мультиагентного управления распределительными сетями. Алгоритмы, учитывающие разомкнутый характер сети, строятся по методу вторых адресных отображений. В качестве критерия оптимизации могут использоваться потери энергии, отклонения напряжения или их комбинация.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности работы сильноточных тиристорных преобразователей систем самовозбуждения синхронных генераторов при отказах параллельных вентилей. Показаны возможные функциональные ограничения и недостатки в их работе в случае коротких замыканий в энергосистеме. Предложены алгоритмы управления сильноточными тиристорными преобразователями, расширяющие функциональные возможности систем самовозбуждения при отказах параллельных вентилей и обеспечивающие режим форсировки при внешних коротких замыканиях генератора.
Бесплатно
