Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
В данной работе исследуется влияние величины проводимости изоляции в месте повреждения на точность ее определения и на возможность определения поврежденного участка линии в зависимости от величины проводимости в месте повреждения расчетным методом по результатам измерения режимных параметров.
Бесплатно
Исследование влияния возобновляемых источников энергии на функционирование релейной защиты
Статья научная
Современной тенденцией развития электроэнергетических систем является внедрение возобновляемых источников энергии в виде распределенной генерации. Выявлено, что одной из основных причин, сдерживающих этот процесс, является изменение при этом режимов работы энергосистем, что в свою очередь оказывает существенное влияние на функционирование устройств релейной защиты и автоматики и, как следствие, на их настройку. Экспериментально доказано снижение чувствительности и нарушение селективности действий релейной защиты распределительной сети в случае подключения к энергосистеме ветроэнергетической установки. При этом важным фактором является мощность и место подключения. Также в статье выполнен анализ существующих подходов по реализации защиты таких энергосистем. В результате теоретически доказана необходимость разработки новых методов и средств для настройки защиты и автоматики, поскольку существующие подходы либо ограничивают внедрение нового оборудования, либо сложно реализуемы, либо недостаточно гибкие.
Бесплатно
Исследование внутренних перенапряжений в городской кабельной распределительной сети 10 кВ
Статья научная
В статье представлена информация о результатах продолжительных экспериментальных исследований, проводимых в кабельных сетях 10 кВ двух энергообъектов (г. Челябинск). Для организации осциллографирования переходных процессов использовались известные и апробированные методические подходы. В течение 526 дней получено 79 осциллограмм, включающих как коммутационные, так и квазистационарные перенапряжения. В статье представлены характерные осциллограммы: при переходе однофазного замыкания на землю в междуфазное, несимметричном включении ножей разъединителя, коммутациях в сети и т. д. В условиях естественной эксплуатации кабельной распределительной сети получена зависимость совокупной вероятности возникновения перенапряжений и её статистические характеристики. Установлено, что вероятность возникновения перенапряжений с кратностью K > 2,2 о. е. составляет менее 5 %. Показано, что среднегодовое количество перенапряжений NK.год, превышающих 1,7 о. е. для энергообъектов, равно 36,96 и 42,46 шт. в год. Полученные данные могут быть полезны при выполнении исследований по установлению взаимосвязи между остаточной прочностью изоляции и перенапряжениями, воздействующими на неё.
Бесплатно
Краткое сообщение
Исследуется влияние величины проводимости изоляции в месте повреждения для разных участков сети на точность определения проводимости изоляции, а также возможность определения места повреждения участка линии с отпайкой.
Бесплатно
Исследование и математическое моделирование литий-ионного аккумулятора
Статья научная
Рассмотрены существующие способы математического моделирования литий-ионных аккумуляторов на основе формулы Шеферда, а также при помощи формул из общего курса физики. Для замера экспериментальных данных в автоматическом режиме была разработана специальная измерительная установка. Главным элементом установки является программируемая платформа на базе микропроцессора ATmega328p. Она управляет процессом, измеряет напряжение на аккумуляторе и передает данные на компьютер каждые 5 секунд через UART-интерфейс микропроцессора для последующего анализа. Далее на основе полученных данных была построена экспериментальная зависимость разряда аккумулятора постоянным током, в течение определённого промежутка времени, с последующим вычислением емкости данной батареи. Нагрузкой являются 20 резисторов, соединенных последовательно-параллельно для рассевания тепловой мощности, выделяющейся на них при протекании электрического тока. Поскольку резисторы углеродные, имеющие прецизионный класс точности и нагрев не прошивает температуру окружающей среды более чем на 10 градусов, то изменением их сопротивления можно пренебречь. Полученные значения использовались для реализации и проверки математической модели в среде для моделирования MATLAB/Simulink. Результаты проверки показали схожесть полученных значений с идеализированной моделью Шеферда, так как среднеквадратичное отклонение всех точек от данной модели составило 2,6 %.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния насыщения синхронной машины на параметры модели. Особое внимание уделено моделированию процесса насыщения в задаче моделирования генератора с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Проанализированы закономерности распределения магнитной индукции по площади поперечного сечения генератора. В статье основное внимание уделяется моделированию реальных режимов в модели Парка - Горева путем воспроизведения режимов короткого замыкания и выделения энергорайона, в котором функционирует исследуемый генератор, на изолированную работу на основе синхронизированных векторных измерений (СВИ) с тремя наборами параметров - насыщенными, ненасыщенными и ненасыщенными параметрами с учетом характеристики холостого хода (ХХХ). Результаты моделирования сравнивались с аналогичными сигналами измерений на основе данных СВИ.
Бесплатно
Статья научная
Энергетический потенциал малых северных рек Якутии до настоящего времени не используется и активно не изучается. Но в связи с постепенным нарастанием потребности в электроэнергии и ростом ежегодных затрат на обеспечение северного завоза в труднодоступные районы Якутии вопрос использования малых рек в качестве источника энергии приобрел актуальность. Простота малых ГЭС позволяет работать как автономно, так и интегрироваться в централизованную энергосистему. Такой подход особенно выгоден в северных районах республики, где сочетание малой гидроэнергетики летом и централизованной энергосистемы зимой позволит оптимизировать расходы на топливо. В настоящей работе рассматривается возможность использования потенциальных ресурсов гидроэнергии бассейна Индигирки. Оценка потенциальных гидроэнергетических ресурсов бассейна Индигирки выполнялась по горному участку, что можно объяснить его физикогеографическими и высотными условиями. Горная часть бассейна характеризуется наибольшими запасами гидроэнергетических ресурсов. Нижнее течение Индигирки демонстрирует крайне слабые энергетические показатели. Потенциальная мощность рек длиной 50 км и более определялась линейным методом. Энергия водотоков длиной менее 10 до 50 км в данной работе не определялись.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена работа системы самовозбуждения синхронного генератора, выполненной с одноканальной и многоканальной СУТ с различными способами синхронизации, при внешних несимметричных коротких замыканиях. Показаны достоинства и недостатки различных способов управления. Представлены выражения для расчета напряжения возбуждения, кратности форсировки генератора по напряжению, длительностей работы тиристоров.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследована работоспособность системы бесконтактного контроля функционирования воздушных линий среднего напряжения, предназначенной для детектирования однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по сигналам электромагнитного поля линии. Система включает два независимых измерительных канала: бесконтактные индуктивные датчики (регистрация магнитной составляющей поля) и бесконтактные емкостные датчики (регистрация электрической составляющей поля), а также программный алгоритм, выделяющий момент изменения режима по изменению энергии основной гармоники в сигналах датчиков. Экспериментальная проверка выполнена на лабораторной установке, моделирующей трехфазную воздушную линию с изолированной нейтралью. Показано, что ухудшение качества электроэнергии (рост THD по токам с 2,6-3,0 до 8,6-10,7 %) сопровождается резким снижением доли мощности 50 Гц в сигналах датчиков (с ~ 35 до ~ 0,45 %), что приводит к уменьшению числа срабатывающих датчиков и увеличению временной ошибки детекции. Вместе с тем в части опытов при низком качестве электроэнергии система сохраняет корректную детекцию моментов возникновения и отключения ОЗЗ, что подтверждает принципиальную применимость бесконтактного мониторинга в условиях нестационарной и несинусоидальной электрической среды и задает направления дальнейшего повышения устойчивости алгоритмов обработки.
Бесплатно
Статья научная
В Ивановском государственном энергетическом университете (ИГЭУ) совместно с индустриальными партнерами разработаны комбинированные цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения (ЦТТН). Проведены многочисленные исследования и испытания ЦТТН, накоплен опыт применения ЦТТН для целей коммерческого учета электроэнергии. Однако некоторые области применения ЦТТН требуют дополнительных исследований, в частности, использования ЦТТН в качестве первичного датчика для релейной защиты от однофазных замыканий на землю. В статье представлена схема для экспериментального исследования комбинированного цифрового измерительного трансформатора тока и напряжения 6 (10) кВ в условиях дуговых перемежающихся однофазных замыканий на землю (ДПОЗЗ) с использованием физико-математического моделирования по методу «замкнутого цикла». На основе статистических данных разработана имитационная модель участка района электрических сетей (РЭС) 6 кВ в RSCAD RTDS для моделирования переходных процессов при ДПОЗЗ по известным теориям. В статье приведены результаты верификации модели с программным комплексом MATLAB Simulink и аналитическим решением. Приведены результаты экспериментальных исследований ЦТТН 6 (10) кВ в режимах ДПОЗЗ, в условиях, максимально приближенных к реальным электроустановкам. Сделаны выводы о применимости полученных моделей.
Бесплатно
Статья научная
Планирование режимов управления водохранилищами крупных ГЭС требует соблюдения ряда условий: получение прибыли за счет выработки электроэнергии; соблюдение условий безопасного функционирования гидротехнических сооружений; соблюдение условий экологически устойчивого существования водохранилища. В связи с тем, что режим рек подчинен географическим закономерностям и водность оказывается неодинаковой в течение года, возникает необходимость наиболее полного и безопасного использования объема стока многоводной фазы. Для многих рек большая часть объема годового стока приходится на период весеннего половодья, за это время возникает возможность выработки максимального объема электроэнергии и заполнения водохранилища до проектных отметок. При этом ключевым условием оптимальной работы ГЭС и водохранилища является наличие заблаговременных прогнозов объема притока приемлемой точности. В статье обосновываются расчетные схемы получения дополнительной прибыли за счет поддержания уровней воды рассматриваемого реального водохранилища на проектных отметках, за счет минимизации величин холостых сбросов, сокращения энергозатрат на работу насосов ГРЭС. В качестве расчетного инструмента разработаны функции ущербов и прибыли. Установлено, что при условии идеальных прогнозов (с нулевой погрешностью) доходы от выработки электроэнергии рассматриваемой ГЭС возрастут в 2 раза по сравнению с существующими доходами.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена изучению зависимости между электрическими характеристиками и микроструктурой варистора. Экспериментально были определены вольт-амперные характеристики варисторов десяти производителей, представленных на территории РФ. Для сравнения параметров образцов рассмотрены зависимости «напряженность электрического поля - проводимость» (E-σ), определены коэффициенты нелинейности. Исследована микроструктура металлооксидных варисторов и их химический состав. В результате статистической обработки данных сделан вывод, что размер зерна ZnO значимо влияет на напряженность поля в начале зоны проводимости. Полученные результаты предназначены для выбора варистора по способности рассеяния мощности импульсного воздействия.
Бесплатно
Статья научная
Целью данной работы является исследование и анализ взаимного влияния источника электроэнергии и главного электропривода буровой установки при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости. Приведены результаты исследования взаимного влияния источника и потребителей электроэнергии буровой установки в различных режимах работы главного электропривода при сооружении геологоразведочной скважины. Исследования проводились методом математического моделирования в программной среде MATLAB/ Simulink. Модели были составлены для двух систем электроснабжения - дизель-генератора и трансформатора и для двух систем электропривода - нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя. Данные модели позволяют исследовать качество электроэнергии при различных режимах работы электропривода. Выполненные исследования позволили получить зависимости от времени, параметров сети, нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя при его пуске. Сравнение полученных зависимостей показало, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет уменьшить в среднем пусковой ток электродвигателя на 80 % и отклонение напряжения сети на 60 %. Сравнение максимальных значений активных и полных мощностей при пуске нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя показало, что применение преобразователя частоты позволяет выбрать дизель-генератор по мощности в 1,5 раза меньше, чем в случае нерегулируемого электропривода. Это позволяет более полно использовать дизель по мощности и тем самым сократить расход топлива при сооружении скважины. Показано, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и главного привода буровой установки при их совместной работе и уменьшить затраты на энергообеспечение.
Бесплатно
Исследования перенапряжений по длине неоднородной распределительной кабельной сети
Статья научная
Перенапряжения в кабельных линиях 6 (10) кВ являются одним из наиболее существенных факторов, влияющих на показатели надёжности городских сетей. В работе представлены результаты исследований распределения величин максимальных перенапряжений по длине типового участка городской распределительной кабельной сети 10 кВ при однофазном замыкании на землю и методика минимизации этих перенапряжений. Исследования проведены с применением виртуального моделирования в программном комплексе ATPDraw. Основу ATP-модели кабельной сети составили элементы с распределёнными реактивными и активными параметрами. Установлено, что величины перенапряжений вдоль кабельных линий значимо изменяются в зависимости от конфигурации и принятых проектных решений по применяемым типам и сечениям кабелей. В случае тупиковых линий максимальные перенапряжения наблюдаются в самом конце кабельной линии, при этом имеет место как монотонное увеличение перенапряжений вдоль кабельной линии от её начала к концу, так и появление локальных максимумов. В случаях, когда рассматриваемая линия не являлась тупиковой, максимальные перенапряжения наблюдались ближе к её концу, но не в самом конце. Также определено, что величина максимального перенапряжения в кабельной сети меняется при изменении сечения её линий. Практическим результатом исследований явились изложенная в работе методика и результаты поиска оптимального варианта развития кабельной сети по критерию минимума кратности вероятных перенапряжений. Результаты для наглядности предложено представлять в виде диаграмм, отображающих изменения максимальных величин перенапряжения вдоль кабельных линий. Построение данных диаграмм на этапе проектирования, эксплуатации и модернизации сети позволяет прогнозировать наиболее уязвимые точки в кабельных линиях с риском пробоя изоляции при перенапряжениях. Показано, что разница в перенапряжениях между наилучшим и наихудшим вариантами сети может составлять более 12 %.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности определения энергетических характеристик машины двойного питания, работающей в режиме периодического движения за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Получены аналитические выражения для расчета энергетических характеристик и дана сравнительная оценка последних для асинхронного и квазисинхронного режимов работы. Проведена оценка обобщенного коэффициента полезного действия от параметров нагрузки.
Бесплатно
К вопросу оптимизации схемы электроснабжения промышленного предприятия
Краткое сообщение
Предложена методика оценки необходимости установки трансформаторной подстанции в цехе с малой мощностью потребителей, проведено сравнение с используемой методикой.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена задача комплексной оптимизации распределения активной и реактивной мощностей между тепловой электростанцией (ТЭС) и эквивалентной энергосистемой, работающих параллельно в составе энергетического холдинга. Целью является минимизация суммарных топливных и денежных затрат с учетом тарифов на выработку и передачу электроэнергии, а также электрических потерь в сети, при соблюдении балансов мощности и технологических ограничений электрооборудования. Предложена математическая модель, использующая расходные характеристики источников и тарифные коэффициенты, позволяющая определять оптимальные значения мощностей для заданной нагрузки. На ее основе разработана вычислительная модель «PowerStation – ComplexOptimization» в пакете LabVIEW, реализующая оптимизацию режимов различными численными методами. Модель может применяться в обучении и при решении практических задач внутристанционной и внутрихолдинговой оптимизации режимов ТЭС.
Бесплатно
К проблеме идентификации неизмеряемых параметров распределительной сети по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ, функционирующая в несимметричном режиме. Сформулирована задача идентификации неизмеряемых параметров (токов и напряжений) межабонентских участков РЭС по данным автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Для решения сформулированной задачи предлагается метод, основанный на расчленении исходной структуры сети на три виртуальные подсистемы, представленные ее фазами. На основе принципа наложения получены математические соотношения, анализ которых позволил идентифицировать искомые параметры сети в явной форме. Отличительная особенность метода состоит в том, что при реализации процедуры идентификации не требуется описание ее переменных состояния в комплексной форме, что упрощает его вычислительную схему. Полученные результаты ориентированы для идентификации и мониторинга потерь электроэнергии в распределительной сети в составе АСКУЭ.
Бесплатно
К проблеме локализации утечек тока в распределительной сети по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается четырехпроводная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ. Формулируется задача идентификации мест утечек тока в РЭС. Известные методы ее решения основаны на предварительном построении модели трехфазной сети в комплексной форме, что в определенной степени усложняет процедуру идентификации. Предлагается алгоритм идентификации, в котором используется идея упрощения исходной структуры трехфазной сети путем ее декомпозиции на относительно простые электрические цепи. На основе анализа уравнений электрических контуров последних выводится новый критерий идентификации, позволяющий локализацию мест утечек тока в сети. Формирование математических соотношений (условий), на которых базируется указанный критерий, осуществляется без вычисления токов и напряжений в сети. При этом используются только значения комплексных сопротивлений нагрузок и межабонентских участков магистральной линии, что значительно упрощает реализацию вычислительного алгоритма предложенного метода. Полученные результаты ориентированы для разработки специального программного обеспечения подсистемы идентификации и мониторинга потерь электроэнергии в составе АСКУЭ.
Бесплатно
К проблеме моделирования несимметричных распределительных электрических сетей в составе АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается трехфазная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ в условиях несимметрии электрических переменных и внедрения автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). При этом главной задачей АСКУЭ является коммерческий учет электроэнергии. В то же время в целях повышения эффективности системы наиболее актуальной является включение в ее состав таких функциональных задач, как оперативный мониторинг и диагностика состояний РЭС, а также оптимизация режимов ее работы. Основу решения указанных задач составляют математические модели и методы, обеспечивающие в режиме реального времени идентификацию неизмеряемых и неконтролируемых переменных (токов, напряжений) трехфазной сети, что дает возможность оценить такие ее показатели качества как фактические потери электроэнергии, а также определить текущие значения параметров (сопротивлений) магистральной линии с использованием измерительных данных. Применение известных моделей и методов для этой цели представляет определенные трудности, которые связаны с несимметричностью режимов работы РЭС, неполнотой и неопределенностью исходных данных для математического описания процессов в сети. Предлагается методология построения модели несимметричной трехфазной сети и идентификации недоступных для измерения ее электрических переменных в режиме реального времени. Полученные результаты ориентированы для применения в составе АСКУЭ в целях оперативного мониторинга электрического состояния РЭС и оценки потерь электроэнергии в сети.
Бесплатно
