Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками
Статья научная
Асинхронный двигатель с кольцевыми обмотками (АДКО) предназначен для переработки ядерных отходов в условиях повышенной радиации и температуры. Для увеличения срока службы машины в тяжелых рабочих условиях катушки обмотки статора АДКО покрываются керамической изоляцией, обладающей повышенной устойчивостью к радиации, но при этом данный тип изоляции обладает высокой хрупкостью, что приводит к необходимости выполнять катушки обмотки статора концентрической формы, чтобы минимизировать угол сгиба катушки при изготовлении обмотки, в то время как обмотки статора классических машин выполняются в форме «лодочки». Статор АДКО также имеет специфическую конструкцию, отличную от конструкции статора классического асинхронного двигателя, состоящую из зубцовых наконечников, расположенных вокруг оси вращения, и зубцовых сердечников, размещенных поверх зубцовых наконечников по спирали. Первый опытный образец АДКО, изготовленный УрФУ совместно с ЗАО «Уралэлектромаш», выполнен на тех же диаметрах, что и асинхронный двигатель классической конструкции мощностью Р = 2,2 кВт, с синхронной скоростью вращения n = 1000 об/мин. Одной из задач на данном этапе разработки АДКО является проверка возможности изготовления нового двигателя в тех же габаритах и с теми же параметрами, которые присущи серийному асинхронному двигателю серии АО2. Одним из способов оценки характеристик АДКО является определение параметров схемы замещения и электромагнитных моментов двигателя и сравнение полученных параметров с данными двигателя серии АО2. Принципиально новая конструкция якоря предполагает поиск новых решений для определения параметров машины: индуктивных сопротивлений, электромагнитных моментов. В статье рассматривается метод расчета параметров схемы замещения АДКО с помощью прикладного программного пакета ANSYS Maxwell в 3D-режиме. Для определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора используется статический анализ модели с вынутым ротором; взаимное индуктивное сопротивление определяется как разность между полным индуктивным сопротивлением фазы обмотки статора и индуктивным сопротивлением рассеяния. В работе проводится анализ параметров схемы замещения с помощью характеристик холостого хода и короткого замыкания АДКО, полученных в ANSYS Maxwell. Расчет механической характеристики двигателя типа АДКО проводится двумя способами: с помощью аналитического метода (АМ), предполагающего использование расчетных параметров схемы замещения, и методом конечных элементов (МКЭ). Использование МКЭ для расчета механической характеристики подразумевает анализ АДКО в динамическом режиме, что позволяет при заданной пользователем скорости вращения ротора определить электромагнитный момент. В заключение приводится сравнительный анализ параметров двигателя классического исполнения серии АО2 и АДКО, выполненных в одном габарите, проводится оценка возможности выполнения двигателя АДКО мощностью Р = 2,2 кВт в тех же габаритах, что и серийный двигатель АО2, даются рекомендации по дальнейшему улучшению конструкции двигателя типа АДКО.
Бесплатно
Статья научная
На основе матрицы коэффициентов распределения получены математические модели определения потерь мощности и энергии с учетом гибкого регулирования параметров режима. Представлены результаты экспериментальных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Развитие объектов распределенной генерации и усложнение конфигурации электрической сети приводит к повышению числа возможных аварийных режимов промышленных систем электроснабжения. При коротком замыкании в связи с энергосистемой или снижении частоты в питающей сети электростанция с частью электроприемников выходит на раздельную работу. После отключения поврежденных линий должна быть выполнена автоматическая ресинхронизация узла с сетью. С целью исследования подобных аварийных режимов разработан алгоритм расчета переходных электромеханических процессов в промышленных системах электроснабжения. На основе созданного алгоритма разработан программный комплекс, позволяющий исследовать подобные электромеханические режимы. В связи с тем, что выход на раздельную работу может осуществляться при различном составе источников электроэнергии и нагрузки, была получена методика определения предельных небалансов мощностей при заданном времени работы автоматического повторного включения. Исследования производились на примере промышленной электростанции, имеющей в своем составе генераторы разной мощности и питающей энергоемкую промышленную нагрузку. Разработаны мероприятия по повышению результирующей устойчивости в условиях заданной промышленной системы электроснабжения. Созданный программный комплекс может быть использован в качестве советчика диспетчера для повышения эффективности управления режимами собственных электростанций промышленного предприятия.
Бесплатно
Определение токов утечки при отсутствии контакта человека с грунтом
Статья научная
В статье получены аналитические зависимости емкости цилиндрической фигуры относительно земли и заземленной проводящей поверхности. На основании полученных зависимостей показан характер распределения полного тока утечки при емкостной связи цилиндрической поверхности с землей и заземленной металлоконструкцией.
Бесплатно
Статья научная
Компенсация реактивной мощности в сетях высокого напряжения применяется и должна применяться в качестве инструмента повышения надежности и энергоэффективности электроснабжения, которые подразумевают обеспечение целого ряда показателей работы сетей: от поддержания требуемых уровней напряжения и допустимых токовых загрузок элементов до обеспечения нормируемого значения коэффициента мощности и снижения потерь электроэнергии. Из-за необходимости учета инвестиционной привлекательности проекта проблема выбора оптимальных мощностей и мест установки средств компенсации становится многофакторной задачей, требующей комплексного моделирования сетей электроснабжения в комбинации с применением специальных математических методов поиска оптимальных решений. В данной работе представлена методика оптимального размещения компенсирующих устройств по критерию максимума чистого дисконтированного дохода с учетом потерь электроэнергии за расчетный период и требований к уровням напряжения на шинах подстанций сети на основе метаэвристического метода дифференциальной эволюции. При этом в качестве базы для моделирования и выполнения расчетов используется программный комплекс DIgSILENT PowerFactory 2020. Предлагаемый подход позволяет осуществить выбор наилучших мест установки устройств компенсации реактивной мощности и их параметров из предопределенного расчетчиком модельного ряда и одновременно принять во внимание сетевые ограничения и приведенные затраты для произвольного периода планирования, что продемонстрировано на примере 14-узловой модели IEEE.
Бесплатно
Оптимизация «естественного» переходного процесса
Статья научная
Обсуждаются возможности уменьшения величины учитываемой энергии потерь при переходном процессе в электрической цепи путем дополнения цепи звеном из реактивных элементов. Метод предварительной оценки возможностей оптимизации построен на анализе параметров искусственной добавки к переходным параметрам состояния цепи, способной уменьшить потери вне связи с ее реализуемостью. Приведен пример реализации такой добавки, подключение которой к исходной действительно оставляет неизменными параметры состояния на концах интервала учета, снижая вместе с тем величину энергии потерь за весь интервал учета.
Бесплатно
Оптимизация работы электрической сети с применением элементов гибких передач
Статья научная
Статья посвящена вопросу оптимизации, сокращению потерь и увеличению устойчивости сети за счет внедрения устройств, позволяющих влиять на режим и перетоки мощности электрической сети. Основную роль в развитии ЭС играют современные технические средства и технологии, обеспечивающие управляемость электрической сети и реализацию управления. Одной из наиболее перспективных в этой области являются FACTS-технологии или гибкие управляемые элементы электрической сети, суть которых состоит в том, что электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. В статье проведен анализ развития сети 500/220/110 кВ с применением устройств, позволяющих влиять на работу сети: СТК, БСК, УПК. Рассчитаны установившиеся режимы, потери активной мощности, потери электроэнергии за год до и после применения устройств. Произведен анализ эффективности применения каждого устройства. Выполнен расчет электрической сети 500/220/110 кВ в аварийном режиме при отключении линии 500 кВ с применением СТК. Проанализирована эффективность использования устройства СТК в аварийном режиме.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена история создания погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) в США, отметившая свой 100-летний юбилей, а также начало внедрения УЭЦН в Советском Союзе с середины прошлого века. Отмечено, что в последние два десятилетия темпы отбора нефти из нефтяных месторождений в России наращиваются в основном благодаря использованию погружных электроцентробежных насосов. Парк погружных установок для добычи нефти исчисляется в настоящее время сотнями типоразмеров. УЭЦН разработаны в габаритах по наружному диаметру от 69 до 185 мм, с производительностью от 15 до 2000 м3/сут. В этой связи в рамках оптимизации работы системы «пласт - скважина - насос» и повышения эффективности добычи нефти выявлена необходимость не только грамотного выбора типоразмера насоса, но и умелого управления работой скважин, оснащенных УЭЦН продолжительное время (1,5-2 года). Причиной непрерывного мониторинга режимов работы УЭЦН является наличие большого числа горно-геологических и технологических факторов, влияющих на приток флюидов пласта в скважину, в том числе факторов сезонности и климатических условий. В работе рассмотрены приемы регулирования отборов из скважин (производительности) УЭЦН с применением устьевого штуцера и частотного преобразователя. Приведены основные расчетные формулы для определения диаметра сопла штуцера в сравнении с применением частотного преобразователя.
Бесплатно
Оптимизация систем электроснабжения в жилых домах с электроотоплением
Статья научная
Предложен способ определения основных параметров нагрузок, формируемых бытовыми электроприемниками. Приведены сравнительные расчеты эффективности сглаживания графика нагрузки для различного числа обогревателей. Для ограниченной максимальной нагрузки квартирного ввода определены допустимые теплопотери помещений и оптимальная мощность электрообогревателей.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы оптимизации функции управляющего воздействия для электропривода с синхронной реактивной машиной с независимым управлением по каналу возбуждения (СРМНВ). Сформулирована задача оптимизации формы пространственной магнитодвижущей силы статора для разных вариантов источников питания обмоток с учетом принятых ограничений, записаны уравнения связи. Рассмотрены схема питания с индивидуальными источниками тока на каждой фазе и схема с двумя автономными инверторами, работающими параллельно. Проведено сравнение СРМНВ с традиционным реактивным двигателем, рассмотрен случай, когда последний питается от источника синусоидального напряжения. При питании синхронной реактивной машины синусоидальным напряжением величина q получается ниже по сравнению с исходным случаем. Рассмотренные в статье оптимальные соотношения, как показал приближенный аналитический анализ, способны дать первичную оценку принимаемым решениям, что существенно сокращает временные затраты.
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
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
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
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
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
Статья научная
Одним из основных этапов при проектировании источников распределенной генерации, а также в процессе их эксплуатации является обеспечение достаточного запаса статической устойчивости в различных эксплуатационных режимах. К таким режимам относятся прежде всего нормальные и утяжеленные при параллельной работе с энергосистемой. В точках связи с энергосистемой у заводских электростанций обычно предусматривается противоаварийная автоматика, обеспечивающая в аварийных режимах выход генераторов с нагрузкой на раздельную с энергосистемой работу. В таких послеаварийных режимах должен быть обеспечен нормируемый запас статической устойчивости. С целью анализа статической устойчивости синхронных генераторов и двигательной нагрузки предлагается использование сочетания методов последовательного эквивалентирования и последовательного утяжеления. Однако использование метода последовательного утяжеления имеет особенности при анализе статической устойчивости при параллельной и раздельной работе генераторов с энергосистемой. Кроме того, при его применении возникает необходимость использования ряда ограничений, связанных в том числе с особенностями функционирования заводских электростанций. Разработан единый алгоритм анализа статической устойчивости генераторов и нагрузки при параллельной и раздельной работе применительно к заводским электростанциям, учитывающий ограничения по работе систем возбуждения. Алгоритм реализован в программном комплексе «КАТРАН». Проведен вычислительный эксперимент применительно к системе электроснабжения, имеющей источники распределенной генерации и разнородную двигательную нагрузку. Сформулированы особенности подобных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Пакет MATLAB/Simulink находит широкое применение при расчете и анализе установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем. Для этого в пакете реализован ряд математических моделей, необходимых в решении задач имитационного моделирования. Модели имеют свои особенности и отличаются от описанных в отечественной литературе, что усложняет применение и создает дополнительные трудности при их параметризации и сопоставлении результатов моделирования. Поэтому сохраняют свою актуальность вопросы изучения особенностей применения пакета MATLAB/Simulink, в частности, при анализе статической устойчивости синхронных генераторов, работающих параллельно с энергосистемой. В работе рассмотрен ряд моделей наиболее распространенных элементов электроэнергетической системы, отмечены некоторые особенности схем замещения, на которых они построены, показан пример задания параметров и сформулированы рекомендации по их вводу в программе. Выполнено моделирование установившегося режима и проведено сравнение режимных параметров. Полученные результаты будут полезны при изучении особенностей применения пакета MATLAB/Simulink для решения задач электроэнергетики, а приведенные в работе рекомендации могут быть использованы при моделировании установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем.
Бесплатно
Статья научная
При управлении режимами электроэнергетических систем наряду с традиционными задачами снижения потерь и поддержания напряжений в узлах в допустимых пределах сегодня, благодаря применению элементов на базе силовой электроники, решаются и другие актуальные проблемы: повышение пропускной способности линий электропередач (ЛЭП), обеспечение устойчивости синхронных генераторов, перераспределение электроэнергии в неоднородных сетях. Одним из эффективных средств управления может быть применение в энергосистемах электропередач (ППТ) и вставок (ВПТ) постоянного тока на базе как преобразователей тока (ППТТ), так и преобразователей напряжения (ППТН). При этом информации о разнице ППТТ и ППТН как элементов регулирования режимов энергосистемы недостаточно. Исследование проводилось для электросетевого района горнозаводской зоны Южно-Уральской энергосистемы. Для расчетов режимов электрической сети в программный комплекс RASTR.WIN введены модели ППТТ и ППТН. При перспективных нагрузках возникает недопустимая перегрузка некоторых ЛЭП, а также существенно увеличиваются потери электроэнергии в сети. Перегруженной оказалась одна из двухцепных ЛЭП. Принято решение о переводе этой ЛЭП на постоянный ток с последующим исследованием разницы в регулировании режимов сети при выполнении электропередачи по схеме как ППТТ, так и ППТН. Перевод двухцепной электропередачи на постоянный ток позволяет увеличить ее пропускную способность, а также управлять потоками электроэнергии для оптимальной загрузки ЛЭП электросетевого района. Применение ППТН без дополнительных источников реактивной мощности позволяет управлять перетоками в сети не только активной, но и реактивной мощности, т. е. имеет более широкие функциональные возможности для регулирования режимов электросетевого района, чем применение ППТТ.
Бесплатно
Статья научная
Основным способом регулирования напряжения и реактивной мощности электростанций является изменение тока возбуждения их синхронных генераторов (СГ). При этом требуются сложные системы возбуждения, способные обеспечить необходимую глубину регулирования. Кроме того, быстродействие такого регулирования сдерживается большой постоянной времени контура возбуждения. Одним из альтернативных способов регулирования является применение энергоблоков, включающих синхронные генераторы с нерегулируемой системой возбуждения и объединенные регуляторы потоков мощности (ОРПМ). В программном комплексе MATLAB Simulink создана имитационная модель, с помощью которой проведен анализ быстродействия регулирования режимных параметров таких энергоблоков, проведено сравнение с регулированием тиристорными системами возбуждения. Также проведен опыт для реальных изменений величин напряжения при коротком замыкании в схеме соответствующей реальной. Показано, что энергоблоки «Синхронный генератор - ОРПМ» позволяют реализовать регулирование величины напряжения с высоким быстродействием, что позволяет существенно увеличить гибкость и адаптивность управления режимными параметрами в схемах выдачи мощности электростанций.
Бесплатно
