Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 858
Статья научная
Состояние вопроса. В условиях цифровизации электрических сетей, наиболее массовым и проблемным элементом остаются распределительные электрические сети. Технологические решения, повышающие энергетическую эффективность указанных сетей, заключаются в управлении напряжением и пропускной способностью линий электропередачи с использованием распределенной генерации и регулирования накопителями электроэнергии. Однако на настоящий момент отсутствует универсальная методика выбора параметров и мест размещения систем накопления электроэнергии (СНЭ) в распределительных электрических сетях, учитывающая изменение суточных графиков нагрузок, разработке которой посвящена данная статья. Материалы и методы. Исследование выполнено с анализом отечественных и зарубежных научно-технических изданий, посвященных вопросам выбора параметров и мест размещения СНЭ в распределительных сетях, а также с применением известных аналитических методов расчета характерных величин суточных графиков нагрузок. В процессе выполнения практической части методом исследования являлось математическое моделирование. В качестве инструмента моделирования применялся программный комплекс PSS SINCAL. Результаты. Выполнен анализ существующих методик выбора параметров и мест размещения СНЭ в распределительных электрических сетях. Разработаны критерии оптимальности выбора параметров и места установки СНЭ в зависимости от целей применения накопителей. Обоснованность принятых критериев оптимальности подтверждена результатами практических расчетов на математической модели. Выводы. Разработанная усовершенствованная методика может быть использована при проектировании реконструкции и новом строительстве распределительных электрических сетей с применением накопителей электроэнергии, увеличивающих технико-экономическую эффективность работы сети.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время большое количество металлургических заводов в России и за рубежом имеют в своем составе электросталеплавильные комплексы на базе дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и установок ковш-печь (УКП). Данные агрегаты являются мощными электроприемниками с нелинейной вольтамперной характеристикой и резкопеременным, несимметричным характером изменения нагрузки, поэтому при работе печи наблюдаются нарушения показателей качества электрической энергии и повышение коэффициента реактивной мощности на границе балансовой принадлежности предприятия и внешней питающей сети. Для улучшения показателей качества электрической энергии и обеспечения стабилизации напряжения в точке подключения печного трансформатора электродуговой печи дополнительно применяют устройства компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день более 85 % от общего количества компенсирующих устройств для ДСП и УКП используют статический тиристорный компенсатор (СТК), состоящий из тиристорно-реакторной группы и фильтров высших гармоник. Анализ номинальных параметров СТК различных фирм-производителей показал отсутствие универсальной методики выбора параметров фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ) компенсаторов. В связи с этим актуальной задачей является разработка комплексного подхода определения оптимальной конфигурации фильтров высших гармоник при их известной суммарной мощности. Цель работы - разработка усовершенствованной методики выбора параметров ФКЦ СТК электродуговой печи, учитывающей различные критерии оптимальности, такие как стоимость ФКЦ, потери активной мощности в фильтрах высших гармоник, коэффициент фильтрации, суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения. Используемые методы: для проведения исследований использовались экспериментальные массивы электрических параметров, полученные на действующих электротехнических комплексах «ДСП-СТК», а также известные методы математического моделирования электродуговых печей и СТК. Новизна: разработанная методика расчета параметров фильтрокомпенсирующих цепей СТК отличается от известных тем, что распределение мощности между фильтрами высших гармоник осуществляется с использованием группы критериев оптимальности, что позволяет достичь наилучших технико-экономических параметров ФКЦ с учетом особенностей конкретного электросталеплавильного агрегата и его системы электроснабжения. Данная методика обладает повышенной точностью анализа электрических режимов ФКЦ за счет возможности использования реальных токов электродуговых печей разного класса и мощности. Полученные результаты: 1) выполнен анализ параметров действующих СТК различных фирм-производителей; 2) проанализированы существующие методики распределения мощности между фильтрами; 3) разработана усовершенствованная математическая модель комплекса «ДСП-СТК», позволяющая проводить детальные исследования режимов работы ФКЦ СТК с учетом реального гармонического состава токов ДСП; 4) на основании математической модели установлены закономерности изменения коэффициента фильтрации ФКЦ при различных вариантах распределения суммарной мощности между фильтрами; 5) разработана усовершенствованная методика расчета параметров ФКЦ СТК, обеспечивающая оптимальное распределение мощности между фильтрами высших гармоник с учетом совокупности различных критериев оптимальности. Практическая ценность: полученные результаты исследований имеют большую практическую значимость при проектировании и расчете параметров фильтрокомпенсирующих цепей СТК, функционирующих в системах электроснабжения электросталеплавильных комплексов.
Бесплатно
Статья научная
Целью данного исследования является разработка усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами установок ковш-печь, предусматривающих автоматическую адаптацию длин электрических дуг к различным условиям аргонной продувки и разной толщине шлака. Рассмотрены вопросы оптимизации несимметричных режимов горения дуг, обеспечивающих максимальное снижение излучений и повышение теплового КПД в фазах, расположенных рядом с зеркалом жидкого металла при донной продувке и работе аварийной фурмы. Приведены результаты экспериментальных исследований поведения поверхности жидкого металла и шлака при различных режимах аргонной продувки, а также различной толщине шлакового слоя. На основе результатов экспериментов предложены новые алгоритмы управления электрическим режимом установки ковш-печь. Данные алгоритмы позволяют производить динамическую адаптацию длин электрических дуг к изменяющимся режимам аргонной продувки, а также шлаковым режимам с использованием информации о гармоническом составе токов дуг. За счёт этого обеспечиваются необходимые условия для улучшения энергетических, временных и технологических показателей установок ковш - печь, поскольку от корректной адаптации электрического режима к изменяющимся условиям плавки напрямую зависит величина теплового КПД электрических дуг, а также КПД технологической установки в целом.
Бесплатно
Краткое сообщение
Предложен способ, функциональная схема, алгоритм и граф автомата Мили автоматического регулирования двухдвигательного асинхронного электропривода с применением двунаправленных регистров сдвига и магазинов сопротивлений, позволяющие автоматически, в зависимости от текущего режима работы, регулировать скорости вращения электродвигателей и поддерживать их номинальные параметры в соответствии с заданной программой работы.
Бесплатно
Статья научная
Разработка систем контроля технического состояния оборудования прокатных станов должна основываться на современных цифровых технологиях. Одним из наиболее частых повреждений, возникающих в главных линиях электроприводов клетей, является поломка шпиндельных соединений. На примере реверсивной клети толстолистового стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК») обоснована задача контроля износа шпиндельных соединений на основе периодического измерения угловых зазоров в автоматическом режиме. Выполнен анализ осциллограмм скоростей и моментов двигателей в аварийном режиме, вызванном поломкой шейки валка. Подтверждены колебательные свойства системы «электропривод - валок», увеличивающие амплитуду упругого момента при захвате металла. Разработан наблюдатель углового зазора, принцип которого основан на алгоритмическом вычислении (восстановлении) неизмеряемого сигнала (зазора) на основе математической обработки физических параметров (скорости и электромагнитного момента двигателя), измеряемых с заданной периодичностью. Предложен способ мониторинга износа шпиндельного соединения, обеспечивающий косвенное определение углового зазора путем интегрирования скорости при разомкнутом зазоре. Интервал вычисления интеграла определяется путем фиксации динамического увеличения момента двигателя в момент его активного закрытия при отсутствии металла в валках. Представлена структура наблюдателя, приведены осциллограммы, поясняющие возможность его практической реализации. Дана характеристика имитационной модели электромеханической системы клети стана 5000. Выполнены исследования алгоритмов, реализующих разработанный способ. Предложены вариант технического исполнения и алгоритм настройки наблюдателя. Обозначена стратегия дальнейших исследований, обоснованы направления создания цифровой системы мониторинга износа шпиндельных соединений. Отмечены технические эффекты, обеспечиваемые при внедрении выполненных разработок.
Бесплатно
Статья научная
При расширении сортамента продукции толстолистовых прокатных станов приобретает актуальность проблема совершенствования алгоритмов управления приводами мехатронной системы реверсивной клети. Важнейшими задачами являются повышение точности геометрических размеров, а также улучшение профиля и планшетности проката. Представлена структура, поясняющая концепцию ROLL-GAP CONTROLL автоматического регулирования толщины и зазора валков фирмы SMS-Demag AG. Данная концепция реализована на стане 5000 Магнитогорского металлургического комбината. Приведена структурная схема системы расчета и автоматического регулирования толщины (САРТ). Рассмотрена функциональная схема системы регулирования положения гидравлических нажимных устройств Hydraulic Gap Control (HGC), включающая быстродействующий канал пропорционального регулирования и относительно медленный канал интегрального регулирования положения. Рассмотрен принцип автоматического регулирования толщины, реализованный в ресурсе системы Automatic Gap Control (AGC) контроллера TCS клети. Представлены схема и зависимости для вычисления коэффициентов нелинейного регулятора толщины. Отмечены функции RAC-регулятора, предназначенного для компенсации разницы растяжений (перекоса) зазора по сторонам клети. Рассмотрены функции системы динамической компенсации возмущающих воздействий. Обосновано исключение сигналов коррекции противоизгиба и деформации валков. Отмечены недостатки САРТ при прокатке листов толщиной менее 10 мм. Наболее опасным является отрыв фрагментов металла от хвостовой части, вызванный некорректной работой системы задания толщины. Предложен способ управления гидравлическими нажимными устройствами, суть которого заключается в быстродействующем увеличении межвалкового зазора на «хвосте» раската в последнем проходе при прокатке тонких листов. Представлены результаты экспериментальных исследований, выполненных на стане 5000. Подтверждена техническая эффективность внедрения предложенного способа управления. Рассмотрены осциллограммы сигналов, характеризующих разнотолщинность. Доказано, что при предложенных настройках систем HGC и AGC обеспечивается высокая точность регулирования положения нажимных устройств и толщины по длине и ширине листа.
Бесплатно
Распределённая модель гистерезиса с вихревыми токами
Статья научная
Показано, что исходная форма [1] модели гистерезиса ученых из Нижнего Новгорода может быть расширена еще двумя [2], [3], а решение их представляет собой задачу следящего управления [4], если бы аргументом стало время. Больше возможностей предоставляет замена линейных дифуравнений на нелинейные [5]. Экспериментальные петли [2] полезно иметь в памяти ЭВМ, например, в виде сплайнов из эллипсов и гипербол [3]. Для моделирования динамических петель используется известная возможность моделирования вихревых токов включением параллельно активного сопротивления [4]. Предложена схема (рис. 4) исследования сталей с простым разделением разных явлений, на которой еще в 1972 году обнаружена практическая независимость статической петли от частот [5]. Несовпадение динамических петель объяснено вытеснением магнитного поля даже в тонких листах стали и разными статическими петлями в слоях. Предложена малослойная модель магнитопровода, давшая хорошее совпадение с экспериментом.
Бесплатно
Распределённые модели устройств автоматического управления
Краткое сообщение
Рассмотрены принципы построения моделей микропроцессорных устройств автоматического управления на основе алгоритмического моделирования в режиме реального времени. Показана возможность практической реализации таких систем на базе программного комплекса Multi-Control.
Бесплатно
Расчет алгоритмов коммутации многофазных вентильных двигателей
Статья научная
Предложен расчет алгоритмов полной и неполной коммутации многофазных вентильных двигателей в нормальных и аварийных режимах работы удобный для моделирования электромагнитных процессов.
Бесплатно
Расчет импульсного электромагнитного поля в проводящей среде
Статья научная
В работе рассматриваются вопросы расчета импульсного электромагнитного поля внутри металла. Получено, что форма импульса внутри металла зависит от расстояния до его поверхности, а параметр «глубина проникновения» зависит от длительности импульса. Результаты численных расчетов свидетельствуют о том, что проникновение электромагнитного поля в проводник обусловлено диффузионными процессами. Глубина проникновения электрического поля уменьшается с уменьшением длительности видеоимпульса и зависит от величины энергии электромагнитного поля в импульсном сигнале.
Бесплатно
Расчет показателей надежности цифровой подстанции
Статья научная
Статья рассматривает вопросы повышения надежности цифровых подстанций с учетом проводимой в настоящее время политикой на интенсификацию цифровизации экономики, электроэнергетики и промышленности Российской Федерации. Для технологии цифровой подстанции произведен литературный анализ существующих директив и методического обеспечения вопросов расчета и оценки показателей надежности. На примере действующей подстанции Рудная, которая в настоящее время переводится в цифровую модификацию, составлены ее топологическая схема и схема замещения по надежности распределительного устройства 220 кВ. Произведена численная оценка вероятности безотказной работы основного оборудования РУ 220 кВ с учетом основных положений классической теории надежности. Выявлены узлы цифровой подстанции с низкими показателями по надежности, а также наиболее уязвимые элементы схем замещения ее узлов. Отмечен фактор негативного влияния на надежность цифровой подстанции наличия большого количества вторичных цепей при применении цифровых измерительных приборов и устройств сопряжения. Даны рекомендации по поддержанию требуемого уровня надежности электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Течение воздуха в каналах оросителя вентиляторной градирни при определенных начальных условиях может характеризоваться наличием участка насыщенного влажного воздуха. В этом случае расчет массообмена по полученному из аналогии процессов теплообмена и массообмена критериальному уравнению массоотдачи дает завышенный результат значения массового потока. Для участка насыщенного воздуха интенсивность процесса массообмена рассчитывается с помошью функции изменения плотности насыщенного пара от температуры воздуха. В трудах, посвященных исследованию процессов охлаждения воды в каналах оросителей вентиляторных градирен, отсутствует оценка влияния наличия насыщенного воздуха на интенсивность охлаждения воды. Предложена методика расчета процессов теплообмена и массообмена в каналах градирни при наличии участка течения насыщенного воздуха, учитывающая особенности расчета массообмена между водой и насыщенным воздухом. Приведены значения расхождения конечной температуры воды при расчетах по предложенной методике и методике для ненасыщенного воздуха. Показано, что наличие участка насыщенного воздуха приводит к увеличению конечной температуры воды по сравнению с расчетами по формулам для ненасыщенного воздуха. Выявлено, что расхождение температур воды при расчете по разным методикам увеличивается с ростом длины канала, величины начальной относительной влажности воздуха и падает с увеличением начальной температуры воздуха. Предложенную методику и полученные результаты можно использовать при разработке режимных карт и на этапе проектирования вентиляторных градирен.
Бесплатно
Расчетная модель топочного устройства с различными компоновками горелочных устройств
Статья научная
Предложенная ранее расчетная модель топочного устройства с фронтальной компоновкой горелок, включающая зоны активного горения и охлаждения с дополнительным разделением зоны активного горении на участки воспламенения и горения при уравновешенном теплоотводе с условно постоянной температурой факела, нашла применение при разработке и наладке новых, а также реконструкции существующих систем топливного сжигания. Рассмотрена модель топочного устройства с твердым шлакоудалением и различными схемами настенной компоновки горелок, используемая для оценки тепловых характеристик факела при ведении проектно-конструкторских работ, наладке и исследованиях котлов. Предложена методика пользования моделью. Вносимые предложения позволяют повысить надежность системы ввода в топку реагентных и регулируемых инертных потоков, минимизировать шлакование при сжигании шлакующих твердых топлив, увеличить межремонтный срок службы котельного оборудования. Использование разработанных модели и методики расчета тепловых характеристик факела позволяет задавать эффективные эксплуатационные режимные и конструктивные параметры системы ввода в топку реагентных и регулируемых инертных потоков, дополнительно обеспечивать повышенную надежность котловых элементов при переводе агрегатов с одного вида топлива на другой. Методика оценки температурных характеристик факела с использованием двухзонной модели топки не претендует на завершенность с полным охватом возможных технических вариантов схем компоновки и конструкций горелок. Вместе с тем методика позволяет использовать ее в качестве базовой при отработке новых типов топок и горелок, пополнять расчетную базу опытными данными, с учетом которых осуществлять последующую проектную оценку надежности элементов подобных устройств.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена схема и принцип действия автономной термосифонной системы пассивного отвода остаточного тепловыделения (СПОТ) от первого контура реакторной установки АЭС с ВВЭР в условиях запроектной аварии с полным длительным обесточиванием, потерей питательной воды и течами первого контура. Приведены особенности организации отвода остаточного тепловыделения РУ к воде или к атмосферному воздуху с помощью автономной термосифонной СПОТ. Представлены результаты расчетной оценки продолжительности эффективной работы автономной СПОТ при теплоотводе к воде и к атмосферному воздуху, при которой обеспечивается автономность реакторной установки и ее безопасное состояние. Результаты получены методом расчетного моделирования с использованием теплогидравлического кода RELAP5/MOD3.4. Дана сравнительная оценка полученных результатов. Проанализированы преимущества и недостатки использования воды и воздуха в качестве конечного поглотителя автономной термосифонной СПОТ.
Бесплатно
Статья научная
Широкое распространение в мире для кондиционирования помещений получили парокомпрессионные установки, работающие от электрической энергии. У данного типа установок имеется ряд недостатков, в связи с чем была предложена новая установка для кондиционирования помещений. Абсорбционный трансформатор теплоты - установка для кондиционирования помещений и горячего водоснабжения, работающая по принципу абсорбционного теплового насоса, а также установка может применяться для отопления. В качестве источников теплоты установка способна использовать возобновляемые источники энергии или утилизировать теплоту уходящих газов, например, исходящих от отопительного котла температурой до 115 °C. Практическая значимость установки заключается в ресурсосбережении и экологичности. Использование данной установки в конечном итоге позволит сократить потребление первичного топлива и снизить негативное влияние на окружающую среду. В работе рассмотрена возможность использования бромисто-литиевого раствора в абсорбционном трансформаторе теплоты для жилых помещений. Для этого был проведен ряд расчетов, выполненных по методике расчета абсорбционных холодильных бромисто-литиевых машин. В результате проведенных расчетов было выявлено, что использование бромисто-литиевого раствора удовлетворительно для использования в бытовом абсорбционном трансформаторе теплоты, однако для достижения большей эффективности работы установки необходимо дорабатывать схему установки.
Бесплатно
Расчёт параметров надёжности основных электрических приёмников сталеплавильного комплекса
Статья научная
В статье предложен подход, позволяющий оценивать экономические убытки, вызванные перерывами электроснабжения основных потребителей сталеплавильного комплекса с учётом специфики режимов работы дуговых сталеплавильных печей (ДСП). Расчёт экономических показателей параметров надёжности включает оценку убытков от простоев технологического оборудования и материально-технических ресурсов, необходимых для восстановления работоспособности электрооборудования. Оценка показателей надёжности и состояния электрического оборудования выполнена путём анализа отказов основных элементов системы электроснабжения напряжением 35 кВ сталеплавильного комплекса металлургического предприятия на примере главной понизительной подстанции 220/35 кВ за длительный период – с 2009 по 2023 г. Особое внимание уделено кабельным линиям напряжением 35 кВ. Исследованы схемы с двумя секциями шин и секционным выключателем без устройства автоматического ввода резерва; к шинам подключены две дуговые сталеплавильные печи ёмкостью 180 т каждая с печными трансформаторами мощностью 150 МВА. Основным результатом работы является оценка экономических показателей возможных убытков производства. Разработка предлагаемой модели надёжности позволит эффективно осуществлять технико-экономические расчёты в процессе эксплуатации и проектирования систем электроснабжения предприятий чёрной металлургии.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена работа известного тиристорного устройства гашения магнитного поля синхронного генератора. Показано, что для улучшения характеристик устройства и расширения его функциональных возможностей при известном алгоритме управления требуется увеличение числа гасящих цепей. Предложен алгоритм управления гасящими цепями, основанный на принципе двоичного кодирования десятичного значения требуемого эквивалентного сопротивления устройства. Для двух вариантов схем тиристорных устройств гашения поля получены вольтамперные характеристики устройства. Отмечены увеличение среднего значения напряжения на выводах обмотки возбуждения и повышение качества синтезирования требуемой вольтамперной характеристики. Выявлены достоинства и недостатки предложенных алгоритмов и схем. Доказано, что переход на новый алгоритм управления гасящими цепями улучшает характеристики тиристорного устройства гашения магнитного поля синхронного генератора без необходимости изменений в силовой части, однако требует принятия мер по повышению надежности системы управления.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается электромеханическая система реверсивной клети толстолистового прокатного стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК»). В результате экспериментальных исследований переходных процессов в режиме захвата металла валками установлены недопустимые динамические нагрузки, имеющие колебательный характер, и потеря управляемости электропривода. Это подтверждает актуальность разработки способов управления, обеспечивающих ограничение моментов двигателя и шпинделя. Отмечено, что известные системы управления скоростными режимами электропривода, обеспечивающие снижение упругого момента за счет предварительного замыкания угловых зазоров, по своей сути являются разомкнутыми системами задания скорости. Это не позволяет обеспечить контролируемое регулирование координат в динамических режимах. В качестве перспективного направления предложена разработка замкнутой системы автоматического регулирования координат двухмассовой электромеханической системы с наблюдателем момента упругого вала и скорости второй массы. Разработан наблюдатель неизмеряемых параметров двухмассовой системы прокатного стана, обеспечивающий косвенное определение (восстановление) скорости валка и момента шпинделя в online-режиме. В его основу положена система уравнений в пространстве состояний. Путем сопоставления восстановленных и экспериментально полученных переходных процессов подтверждена удовлетворительная точность результатов. На основе предложенного наблюдателя разработана система автоматического регулирования (САР) скорости валка с подчиненными контурами упругого момента вала, скорости и момента двигателя. Обоснована настройка регуляторов замкнутых контуров. Рассмотрены переходные процессы моментов и скоростей при ударном приложении нагрузки при увеличенном быстродействии контура регулирования скорости второй массы. В результате анализа ЛАЧХ и ЛФЧХ подтверждена устойчивость разработанной системы в частотном диапазоне. На основе анализа экспериментальных данных констатирован вывод о влиянии углового зазора на точность восстановления упругого момента в режиме захвата металла валками. Отмечены перспективы внедрения разработок на стане 5000 и других прокатных станах, работающих с ударным приложением нагрузки.
Бесплатно
Регулирование максимума нагрузки в электрических сетях жилых домов с электротеплоснабжением
Краткое сообщение
Рассмотрены способы регулирования максимума нагрузки квартирных электрических сетей при электротеплоснабжении домов, позволяющие одновременно с оптимизацией систем электроснабжения решать вопросы оптимизации температурных режимов помещений.
Бесплатно
Регулирование механических координат вентильного электропривода методом векторного управления
Статья научная
Рассматриваются вопросы регулирования скорости вращения и электромагнитного момента в вентильном электроприводе, построенном на основе синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов. Приводятся аналитические соотношения, определяющие закон изменения угла коммутации исходя из условий обеспечения заданного значения регулируемых координат или максимального значения электромагнитного к.п.д. Показано качественное и количественное отличие электромагнитного к.п.д., учитывающего электрические потери, и полного к.п.д., определяемого отношением электромагнитной к полной потребляемой мощности.
Бесплатно
