Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Мобильные ветро-солнечные электростанции: состояние, перспективы и особенности проектирования
Статья научная
Статья посвящена исследованию перспектив применения мобильных ветро-солнечных электростанций для электроснабжения автономных потребителей электроэнергии, удаленных от внешней энергетической системы. Рассматриваются преимущества, недостатки, основные энергетические параметры, особенности работы известных технических решений мобильных электростанций, а также факторы, влияющие на выбор возобновляемых источников электроэнергии, и требования современных автономных потребителей к качеству электроэнергии. Раскрыты направления улучшения эксплуатационно-технических характеристик мобильных ветро-солнечных электростанций и приведены технико-экономические показатели станций, выполненные на современной элементной базе.
Бесплатно
Моделирование влияния защитного устройства на интенсивность ЧР в изоляции кабеля
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния нелинейного защитного устройства на основе металлооксидных варисторов на характеристики частичного разряда (ЧР) в дефекте изоляции. В статье представлен комплексный подход, включающий математическое моделирование и анализ процессов, связанных с ЧР, что позволяет оценить эффективность применения ЗУ для защиты изоляции от негативного воздействия импульсных перенапряжений. Исследование проведено на основе математической модели, которая реализует классический механизм частичного разряда в одиночном дефекте. Защитное устройство, включенное параллельно исследуемой модели, ограничивает перенапряжение, которое моделировалось при помощи высокочастотного затухающего импульса. Моделирование производилось в мультифизической постановке задачи расчета модели методом конечных элементов, реализующей связь плотности токов и джоулева нагрева воздуха в дефекте. В математической модели получены зависимости температуры в дефекте от времени, кривые нагрева и охлаждения среды дефекта, мощности ЧР при различных значениях диаметра дефекта и кратности импульсного перенапряжения. Произведена оценка влияния ЗУ на мощность ЧР, определена степень снижения мощности ЧР. Показана возможность применения ЗУ для уменьшения негативного воздействия ЧР на изоляцию.
Бесплатно
Статья научная
Внедрение регулируемых устройств компенсации реактивной мощности в распределительных электрических сетях железных дорог открывает новые возможности для повышения эффективности их работы за счет методов группового управления напряжением на основе агентного подхода. Мультиагентное управление напряжением позволяет получить новые результаты, связанные с возможностью самоорганизации агентов - активных элементов электрической сети, что приводит к повышению надежности электроснабжения и качества электроэнергии. Моделирование рассматриваемых мультиагентных систем управления на классических моделях системной динамики вызывает трудности из-за сложного взаимодействия агентов в виду их индивидуальных целей полезности, наличия логических операций и событийного характера процессов. Разработаны диаграммы состояний агентов для моделирования мультиагентного управления напряжением с помощью источников реактивной мощности в распределительных электрических сетях железных дорог в среде AnyLogic. Выполнено моделирование управления напряжением в тестовой электрической сети при изменении параметров режима. Полученные результаты моделирования свидетельствуют об обоснованности подходов к стабилизации напряжения методами мультиагентного управления и возможности их практической реализации на базе современного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача точного определения потерь энергии в электрических сетях. Для обеспечения указанной цели при существующем характере разнородности нагрузок в сетях приведены их представления в виде произведения средних значений соответствующих режимных параметров(мощностей, токов) за период Т и функций времени, средние значения которых на отрезке времени (0,Т) равны единице. Показано получение универсальной модели, характеризующей узловые режимные параметры в пространстве ортогонального базиса. Предложены математические модели определения потерь электрической энергии на базе эффективного подхода, использующего коэффициенты распределения. Достоинства применения матриц коэффициентов распределения при различных режимных параметрах (узловых мощностях, токах) для развития теории методов определения потерь электроэнергии заключаются в ее универсальности как матрицы обобщенных параметров, формирование которой возможно с использованием других матриц - узловых сопротивлений, контурных проводимостей, а также элементов теории графов, численных методов и др. Применение данных моделей позволяет заменить доминирующие до настоящего времени громоздкие способы и методы учета потерь мощности и энергии, базирующиеся на сложных итерационных процедурах, на более простые алгоритмически и точные. По результатам анализа данных, полученных при значимых нагрузках узлов схемы сети, определение потерь электроэнергии в пространстве ортогонализации базиса задачи является точным и не имеет методической погрешности, что подтвердилось расчетом суммирования потерь на часовых ступенях графиков узловых режимных параметров схемы электрической сети.
Бесплатно
Моделирование системы тиристорного самовозбуждения синхронного генератора в пакете Maple
Краткое сообщение
Представлена математическая модель системы тиристорного самовозбуждения синхронного генератора. Рассмотрена методика преобразования дифференциальных уравнений для решения их в пакете Maple.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены результаты математического моделирования статического тиристорного компенсатора (СТК) в среде Matlab. Представлена структура модели системы электроснабжения, включающая в себя сетевой трансформатор, реактор, печной трансформатор, дуговую сталеплавильную печь (ДСП) и СТК. Отличительной особенностью представленной модели является использование блока, моделирующего сетевой трансформатор, что позволяет учесть влияние режимов работы ДСП на показатели сети электроснабжения. Предложенная модель СТК выполнена наращиваемой по числу используемых фильтрокомпенсирующих цепей и тиристорно-реакторных групп. Приведены графики, иллюстрирующие работу основных узлов системы.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается методика моделирования суточных графиков активных и реактивных нагрузок участков распределительных сетей напряжением 6-10 кВ с использованием следующего набора исходных данных: - приводимых в справочной литературе типовых суточных графиков активной и реактивной мощности потребителей, получающих питание через соответствующие участки сетей; - данных энергосбытовой организации об отпуске электроэнергии абонентам за расчетный месяц; - параметров сетей и паспортных данных силовых трансформаторов; - сведений о типах абонентов, подключенных к каждому силовому трансформатору; - степени неравномерности потребления электроэнергии абонентами в различные характерные сутки расчетного месяца. Приближение среднечасовых значений активной и реактивной мощностей к их реальным значениям при использовании рассматриваемой методики достигается за счет учета неравномерности энергопотребления, как в течение суток, так и в рабочие и выходные дни недели.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются результаты экспериментального исследования по оценке изменения параметров частичных разрядов на действующих кабельных линиях 6 (10) кВ с бумажной пропитанной изоляцией. Представлены примеры вариации параметров частичных разрядов и диаграмм распределения частичных разрядов по фазе и амплитуде с учётом климатических условий и режимов работы кабельной линии с бумажной пропитанной изоляцией. Рассмотрены вопросы математического моделирования эквивалентных схем замещения диэлектрика по оценке параметров частичных разрядов в изоляции кабельных линий 6 (10) кВ с учётом режимов работы в условиях городских электрических сетей. Разработана виртуальная имитационная модель, на основе схем замещения изоляции, для оценки изменения параметров частичных разрядов при влиянии дефектов в диэлектрике друг на друга с учётом ранее установленных экспериментальных данных.
Бесплатно
Моделирование усовершенствованной автоматики ограничения перегрузки оборудования
Статья научная
Существующие методы и средства противоаварийного управления не всегда обеспечивают необходимый уровень надежности. Поэтому разработка новых и совершенствование существующих средств противоаварийного управления с целью повышения надежности электрических систем и сетей является актуальной задачей. Одним из наиболее экономически эффективных методов является совершенствование и разработка новых алгоритмов работы средств противоаварийной автоматики. Основной трудностью является сложность учета и моделирования всех протекающих процессов. Однако в настоящее время имеется специализированное программное обеспечение для моделирования энергосистем с большой точностью. В данной работе предложен метод оценки необходимости усовершенствования противоаварийной автоматики. Приведено общее описание метода, а также пример его использования для оценки необходимости усовершенствования противоаварийной автоматики. Для оценки метода в программных комплексах PSCAD и RastrWin3 реализованы электрические сети 110 кВ, 220кВ, 500 кВ. Выполнен анализ режимов работы рассматриваемой электрической сети, а также проведено исследование адекватности работы автоматики ограничения перегрузки оборудования (АОПО). Усовершенствован существующий алгоритм работы АОПО, позволяющий исключить возможность отключения потребителей при аварийных событиях. Анализ результатов моделирования и расчета показывает эффективность предложенного метода и перспективность для обнаружения и выявления недостаточной эффективности противоаварийной автоматики.
Бесплатно
Краткое сообщение
В среде MATLAB/SIMULINK представлена полная модель межсистемной компенсированной ЛЭП постоянного тока с двенадцатифазными выпрямителем и инвертором, работающими в режимах с одноступенчатой искусственной коммутацией тиристоров. В общем случае примыкающие энергосистемы имеют разную частоту напряжения. Разработанная модель позволяет исследовать как квазиустановившиеся, так и переходные (рабочие и аварийные) процессы в комплексе. Показана возможность работы выпрямительной и инверторной подстанций как в зоне потребления, так и в зоне генерирования реактивной мощности, приведены спектральные характеристики токов и напряжений, описан аварийный режим при опрокидывании инвертора на инверторной подстанции. В более простом частном случае модель отвечает некомпенсированной ЛЭП.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности расчета электротепловых процессов в сильноточном вентильном преобразователе системы самовозбуждения синхронного генератора при форсировке коротких замыканий в энергосистеме. Даны выражения для математической модели, рассчитывающей мгновенные значения температур нагрева полупроводниковых структур вентилей преобразователя на основе анализа электромагнитных переходных процессов в синхронном генераторе.
Бесплатно
Модель взаимодействия активных потребителей в интегрированной энергетической системе при кооперации
Статья научная
В настоящее время происходит развитие технологий распределенной генерации в том числе возобновляемых источников энергии, таких как солнечные, ветровые и комбинированные системы выработки тепла и электроэнергии, что соответствует переходу к безуглеродной энергетики. Развитие распределенных источников энергии приводит к распространению активных потребителей, которые могут как производить, так и потреблять энергию. Таким образом из-за усложнения условий взаимодействия в современных системах энергоснабжения: наличия разнонаправленных интересов и неполной информации о состоянии всей системы у всех участников процесса энергоснабжения, активно развиваются новые методы моделирования, в том числе использующие подходы из теории игр. В статье разработана математическая постановка задачи оптимального взаимодействия централизованной системы и активных потребителей в интегрированной энергетической системе. Предложена модель, реализующая взаимодействие между централизованными и распределенными источниками энергии при объединении активных потребителей в кооперации внутри многоуровневой интегрированной энергетической системы. Разработана мультиагентная система, реализующая предложенную модель, на которой проведены вычислительные эксперименты на тестовой схеме интегрированной энергетической системы. Полученные результаты экспериментов продемонстрировали возможности обеспечения оптимального взаимодействия между участниками процесса энергоснабжения в интегрированной энергетической системы с учетом их интересов при формировании коалиций активных потребителей.
Бесплатно
О двух методах вычисления трапециевидной характеристики устройства АЛАР на основе равномерных данных
Статья научная
В работе представлены два метода вычисления характеристики устройства АЛАР в форме трапеции. В качестве исходных данных используются годографы асинхронного режима, представляющие собой массивы значений активного и реактивного сопротивлений, вычисленные с фиксированным шагом по времени. Первый метод основан на постепенном увеличении размеров характеристики с сохранением пропорций чувствительного и грубого органов характеристики. Основания трапеции вытягиваются до тех пор, пока автоматикой не будут зафиксированы все исходные годографы. Второй метод основан на сужении грубого органа характеристики с сохранением начального размера чувствительного органа. Оба метода являются итеративными, выполняющими совокупность однотипных операций, ориентированных на вычисление характеристики минимального размера с соблюдением требований, предъявляемых к устройствам АЛАР. Основной упор в процессе вычисления характеристики делается на соблюдение условий фиксации асинхронных режимов и чувствительности устройства АЛАР. Методы реализованы в виде программы, с помощью которой проведен вычислительный эксперимент на реальных данных. Эксперимент показал эффективность представленных методов при расчете уставок автоматики. Эти методы могут быть использованы специалистами по электрическим режимам при настройке устройств АЛАР с трапециевидной характеристикой.
Бесплатно
О методах оптимизации режимов работы электроэнергетических систем и сетей
Статья научная
Работа посвящена обзору методов оптимизации, применяемых для повышения эффективности режимов электроэнергетических систем и систем электроснабжения с собственными источниками электрической и тепловой энергии. Рассмотрены работы В.А. Веникова, В.С. Хачатряна, П.И. Бартоломея, Д.А. Арзамасцева, В.М. Горнштейна и др., посвященные расчету оптимальных режимов электроэнергетических систем. Приведены основные оптимизационные задачи, возникающие в условиях электроэнергетических систем, такие как определение оптимального распределения активных и реактивных мощностей между генераторами электростанций; оптимизация режимов систем по потерям активной мощности, напряжению, по реактивной мощности; определение оптимального состава рабочего оборудования. Рассмотрены способы решения поставленных задач с использованием существующих математических методов оптимизации, адаптированных к условиям объектов электроэнергетики. Дан вывод о том, что подходы к решению оптимизационных задач ориентированы на управление режимами электроэнергетических систем и сравнительно немного исследований проведено в условиях промышленных систем электроснабжения.
Бесплатно
О несовершенстве терминологии в области развития объектов электроэнергетики
Статья научная
В нормативной документации в области электроэнергетики встречаются такие термины, как «техническое перевооружение», «реконструкция», «расширение», «модернизация», «ремонт» и «эксплуатация». Часть из них можно легко детерминировать, однако специфические отличия некоторых требуют более глубокого изучения регулирующих документов как технической, так и юридической, бухгалтерской и налоговой направленности. При этом неправильное употребление этих терминов может приводить к проблемам как при отраслевой деятельности, так и в смежных областях, и быть прецедентами в судебной практике. Для установления различий между обозначенными терминами в статье приведен разбор нормативных документов, проанализированы используемые в них понятия, раскрывающие смысл и область применения терминов, установлены семантические связи между ними, разобраны случаи практического применения. Даны рекомендации по использованию каждого из названных терминов, сделан вывод о необходимости совершенствования существующей нормативной и методологической базы, касающейся развития объектов электроэнергетики.
Бесплатно
О риске вредного воздействия на человека электромагнитных полей электрических установок
Статья научная
Рассматриваются основные проблемы оценки риска воздействия электромагнитных полей специальных электроустановок электрической тяги железнодорожного транспорта на персонал. Предлагается совместное воздействие электромагнитных полей разного рода тока и частоты рассматривать в виде особого вредного фактора «миксЭМП». Рассматриваются пути эффективного нормирования и защиты персонала от воздействия вредного производственного фактора.
Бесплатно
Обеспечение бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных предприятий
Статья научная
В статье рассмотрена необходимость обеспечения надежного электроснабжения высокотехнологичных предприятий для двух вариантов их расположения: вблизи города или ЛЭП и на отдаленной от нее территории. Показана проблема использования только одного источника питания для таких предприятий в случае нестабильности тока по частоте и при изменении напряжения, а также планового или внепланового отключения питания в сети ЛЭП. В качестве резервного источника предлагается вариант автоматизированной системы электроснабжения (АСЭ), включающей в себя питание переменным током от внешней сети и питание от комбинированной ветро-солнечной установки (ВСУ). Предложены схемы совместного использования ВСУ и внешних источников для предприятий, расположенных вблизи ЛЭП и схема совместного использования ВСУ с рекуператорами и термоэлектрическими генераторами для варианта, когда предприятия расположены вне зоны досягаемости ЛЭП. Результатом данного предложения является достижение постоянного, высококачественного и бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных энергоустановок в любое время года и при любых погодных условиях.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования в работе является высокочастотный силовой трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, который входит в состав системы бесконтактной передачи электроэнергии на автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) для зарядки его аккумуляторных батарей. В качестве задачи исследования поставлено обоснование и разработка методики расчета конструктивных параметров трансформатора, отвечающих поставленным требованиям по передаваемой мощности при заданных условиях эксплуатации. В основу исследований положено математическое моделирование электромагнитных процессов в трансформаторе в программном пакете ANSYS Maxwell в сочетании с натурным экспериментом. Выделены характеризующие параметры в виде коэффициента магнитной связи и удельной индуктивности витка обмотки и обосновано их применение для полной идентификации свойств объекта. Предложена система относительных единиц, в которой характеризующие параметры имеют постоянное значение для любых сердечников одного типоразмера, что позволяет легко выполнять масштабирование результатов полученных технических решений при изменении требований по передаваемой мощности. Предложена методика определения аппроксимирующих полиномов, связывающих массивы значений коэффициента связи и удельной индуктивности с относительными значениями зазоров между контактными поверхностями частей трансформатора и межосевыми смещениями, появление которых возможно при выполнении автоматического причаливания подводного аппарата к базе. Выполненные исследования позволили предложить методику расчета основных конструктивных параметров трансформаторов при исходных данных в виде сочетания заданных электрических характеристик и предъявляемых ограничений по точности стыковки контактных поверхностей частей трансформатора. Экспериментальные натурные исследования выбранных конструктивов трансформаторов, аналогичных принятым при моделировании, убедительно подтверждают достоверность приведенных результатов. Полученные результаты относятся к ферритовым сердечникам чашечного типа, однако, принятые в исследованиях подходы дают возможность расширения методики расчета к другим конструктивным обликам трансформаторов, которые могут найти применение в системе бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей АНПА.
Бесплатно
Обеспечение условий работы очистных сооружений при наличии мини-ТЭС
Статья научная
Рассмотрены комбинированные системы электроснабжения на примере очистных сооружений большой мощности. Ввиду того, что основными потребителями таких систем являются турбовоздуходувки, насосы, смесители, задвижки, часть из которых относятся к потребителям первой и особой категории, то для них требуется собственный третий источник типа мини-станции. При проектировании и внедрении мини-станций на очистных сооружениях актуальны задачи выбора напряжения, расчета статической и динамической устойчивости ЭТС, а также обеспечения надежных режимов параллельной и автономной работы энергосистемы и собственной генерации, особенно когда западные решения приняты с рядом допущений. Выполнены расчеты устойчивости таких систем, определены критические длительности нарушения внешнего электроснабжения и предложены решения по повышению надежной работы станций.
Бесплатно
Статья научная
Статья представляет собой обзор современных методов искусственного интеллекта (ИИ), применяемых для оценки балансовой надежности (БН) электроэнергетических систем (ЭЭС). Рассматриваются ключевые проблемы традиционных подходов, в числе которых метод статистического моделирования (МСМ). К ним относятся высокая вычислительная сложность и ограниченная точность при анализе стохастических процессов. Основное внимание уделено трем направлениям: машинному обучению (классификация состояний системы, ускорение расчетов), искусственным нейронным сетям (прогнозирование дефицитных режимов, замена оптимизационных алгоритмов) и метаэвристическим методам (поиск критических состояний, оптимизация структуры ЭЭС). Особое значение имеют технологии, позволяющие сократить время расчетов без потери точности, такие как гибридные модели, сочетающие искусственные нейронные сети (ИНС) с методами нечеткой логики, и алгоритмы на основе роевого интеллекта. Проведенный анализ показывает, что применение ИИ не только повышает эффективность оценки надежности, но и открывает новые возможности для адаптивного управления энергосистемами в условиях роста доли возобновляемых источников энергии. Результаты могут быть полезны для специалистов, занимающихся проектированием и эксплуатацией ЭЭС, а также для дальнейших исследований в области интеллектуальных методов анализа надежности.
Бесплатно
