Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
По результатам исследований на имитационной модели в среде MATLAB Simulink определено распределение потоков мощности в энергоблоке, включающем синхронный генератор с нерегулируемым возбуждением и объединенный регулятор потока мощности (ОРПМ). Получены взаимосвязи параметров основного оборудования объединенного регулятора потока мощности, а также параметров режима его элементов и нормируемого диапазона изменения режимов энергосистемы.
Бесплатно
Статья научная
Максимальная передаваемая по линии электропередачи мощность ограничена допустимой токовой нагрузкой, определяющей нагрев линии. В связи с большой стоимостью строительства новых высоковольтных линий электропередачи возрастает роль повышения пропускной способности существующих линий. Становится экономически выгодным увеличивать передаваемую по линии мощность вплоть до ограничения по нагреву за счет применения различных устройств, в том числе на основе полностью управляемых элементов силовой электроники. К числу таких устройств можно отнести устройства продольной компенсации на основе преобразователя напряжения (УПК-ПН), которые позволяют перераспределять потоки мощности по параллельным сечениям электрической сети, предотвращая загрузку одних из них током выше допустимого и загружая другие. УПК-ПН могут быть выполнены как стационарными так и малогабаритными, что определяет их мобильность. Концепция малогабаритных устройств в последнее время получила активное развитие в России и за рубежом. На примере 14-узловой тестовой схемы IEEE (модели установившихся режимов частей американской энергосистемы AEP напряжением 110 кВ и 220 кВ) рассмотрены особенности регулирования её режимов, выполнен анализ нормальных и послеаварийных режимов. Определено, что при отключении одной из линий электропередачи в сети возникает наиболее тяжелый послеаварийный режим, при этом режимные параметры выходят за допустимые пределы по термической стойкости проводов. Показано, что применение малогабаритных УПК-ПН позволяет минимизировать потери в нормальных режимах, а применение стационарных УПК-ПН позволяет разгрузить перегруженные ЛЭП в послеаварийных режимах, не прибегая к усилению существующих и строительству новых ЛЭП.
Бесплатно
Статья научная
На основе системного подхода выделены главные подсистемы комплекса дуговой сталеплавильной печи, определяющие основные технико-экономические показатели - производительность и электромагнитную совместимость; сформулированы основные требования к этим системам и определены возможные перспективы их развития в будущем.
Бесплатно
Повышение надежности и эффективности сверхдальних межсистемных связей
Статья научная
По анализу способов передачи электрической энергии на сверхдальние расстояния приведены наи-более перспективные варианты. Предлагается использование полуволновых или настроенных на полу-волну электропередач. Доказано, что такие линии эффективны и значимы для транзита электрической энергии на сверхдальние расстояния, но по-прежнему остается нерешенным вопрос отбора мощности с линии. С использованием модели полуволновой линии электропередачи проведены исследования по от-бору мощности. В результате разработаны методы и способы отбора мощности с полуволновой линии электропередачи. Особенностью полуволновых электропередач является изменение напряжения в средней части линии от максимального в режиме нагрузки до нуля в режиме холостого хода. Это не позволяет в режиме холостого хода применять в этой части линии параллельный отбор мощности. Установлено, что применение тиристорного стабилизатора параметров позволяет производить отбор в любой промежуточной точке полуволновой линии электропередачи, а компенсация только волновой длины ли-нии является более эффективным способом регулирования напряжения в месте отбора. Результаты ис-следования показали возможность применения полуволновых линий электропередач в качестве магист-ральных при построении перспективных вариантов развития электрических сетей объединения Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Бесплатно
Повышение надежности сетей 6-35 кВ путем применения метода STA/LTA
Статья научная
Быстрое и точное обнаружение однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в электрических сетях представляет собой актуальную задачу. При этом существующие методы и средства не всегда обеспечивают удовлетворительное качество, поэтому не прекращается разработка новых методов и средств обнаружения ОЗЗ. В работе предложен новый метод обнаружения ОЗЗ, основанный на методе STA/LTA, который широко применяется для обнаружения сейсмических событий. Приведено описание метода и разработан алгоритм его работы для определения ОЗЗ в распределительных электрических сетях. На основе алгоритма разработана программа на VBA для обнаружения ОЗЗ. Для апробации метода в программном комплексе PSCAD реализована компьютерная модель кабельной сети, соответствующей участку реально существующих городских сетей. Полученные в модели осциллограммы токов и напряжений при ОЗЗ обрабатывались разработанной программой. Анализ результатов моделирования и расчета позволяет определить пороги срабатывания алгоритма STA/LTA, позволяющие надежно обнаружить ОЗЗ. Границы срабатывания определяются в относительных единицах, то есть метод STA/LTA является адаптивным по отношению к изменениям топологии сети. Таким образом, апробация метода STA/LTA на компьютерной модели вPSCAD показывает его эффективность и перспективность для обнаружения и выявлении ОЗЗ.
Бесплатно
Повышение надежности электроснабжения металлургических агрегатов за счет схемотехнических решений
Статья научная
Электрооборудование современных металлургических агрегатов - электродуговых печей, сортовых и листовых станов горячей и холодной прокатки - за последние десятилетия претерпело ряд существенных изменений. Это отразилось на увеличении единичной мощности трансформаторов и преобразователей, массовом внедрении микропроцессорных систем управления, усложнении схем внутризаводского электроснабжения со значительной собственной генерацией электрической энергии. В результате электроприводы непрерывных производств, в первую очередь прокатных станов, стали более чувствительны к провалам напряжения и прерываниям электроснабжения. Целью настоящей работы является повышение надежности электроснабжения металлургических агрегатов за счет рационального выбора конфигурации сетей 110 кВ на основе анализа различных схемотехнических решений. Для объективной оценки последствий аварийных ситуаций обычно используют два показателя - ток короткого замыкания и остаточные напряжения у ответственных потребителей. Доказано, что наиболее радикальным средством снижения первого показателя и повышения второго является преобразование сложнозамкнутой сети 110 кВ в независимые контуры с простой конфигурацией. При этом обеспечивается существенное уменьшение токов короткого замыкания, сокращение числа аварийных ситуаций, а также снижение потерь активной мощности в сетях 110 кВ. Суммарный годовой эффект от внедрения предложенных мероприятий превышает 40 млн руб.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены принципы построения и характеристики компенсированной системы электроснабжения удаленных буровых установок нефтегазодобывающего комплекса. Приведены результаты конструкторских и дизайнерских решений предложенной системы.
Бесплатно
Повышение энергоэффективности участков токарной обработки
Статья научная
Цель данной работы - повышение энергоэффективности участков токарной обработки за счет наиболее рационального использования электрической сети механического цеха. Для достижения этой цели решаются следующие задачи: разработка модели участка механической обработки на основе положений объектно-ориентированного проектирования; проверка адекватности модели для реальных расчетов; разработка подхода, обеспечивающего повышение энергоэффективности участка за счет организационно-технологических решений на этапах проектирования и внедрения технологических процессов. Использование кластерного анализа позволило определить, что типовой участок токарной обработки в мелкосерийном производстве может содержать 20 токарных станков следующих мощностей: 0,75 кВт (7 станков); 1,5 кВт (4 станка); 2,2 кВт (3 станка); 3 кВт (1 станок); 4 кВт (1 станок); 5,5 кВт (1 станок); 7,5 кВт (1 станок); 11 кВт (2 станка). Такой выбор оборудования позволяет выполнять токарную обработку деталей наиболее эффективно по использованию мощностей. Распределение обработки по станкам на участке осуществляется по максимуму коэффициента мощности на основе объектной модели предметной области и с помощью разработанного программного обеспечения на платформе NET. Все станки участка при таком подходе являются центрами кластеров, вокруг которых группируются обрабатываемые детали. Это обстоятельство повышает энергоэффективность токарной обработки на участке за счет снижения потерь электроэнергии в сетях.
Бесплатно
Повышение эффективности и надежности работы котлов электростанций
Статья научная
Приводятся данные о расчетных значениях повышения эффективности и надежности котельного оборудования тепловой электрической станции за счет монтажа дополнительных теплообменников в газовоздушном тракте котла. В новых теплообменниках происходит уменьшение температуры дымовых газов за счет нагрева воздуха, направляемого в воздухоподогреватели котла. Охлаждение дымовых газов котлов происходит до минимально возможной температуры по условиям безопасной эксплуатации железобетонных и кирпичных дымовых труб электростанции. При изменении режима работы котла обеспечивается постоянное значение температуры дымовых газов после новых теплообменников. Нагрев воздуха происходит до температур выше, чем температура конденсации водяных паров в дымовых газах. Разработаны необходимые изменения в существующую принципиальную схему газовоздушного тракта котла типа ПК-41. Выбрано оптимальное место установки дополнительных теплообменников. Определены размеры вновь монтируемых теплообменников. Приведены данные о повышении КПД котла и экономии топлива при различных режимах работы.
Бесплатно
Повышение эффективности эксплуатации воздушных линий электропередачи с резервной фазой
Статья научная
Рассмотрено разработанное авторами устройство резервирования линии электропередачи, основанное на схемно-техническом решении по замене традиционной двухцепной линии электропередачи одноцепной с резервной фазой. Схемно-техническое решение представляет собой расщепление резервной фазы на три составляющих токопровода, которые, в нормальном режиме работы, присоединяются к фазам рабочей цепи воздушной линии параллельно, обеспечивая при этом симметрию сопротивлений и напряжений по фазам. Так как наибольшая доля отказов воздушных линий - это однофазные повреждения на рабочей цепи, составляющие расщепленной четвертой фазы, объединяются коммутирующими выключателями и автоматически присоединяются к рабочей цепи взамен поврежденной. При этом повышается эксплуатационная надежность работы схемы, улучшается ремонтопригодность воздушной линии электропередачи и увеличивается ее пропускная способность.
Бесплатно
Поиск однотипных графиков нагрузки энергообъекта
Статья научная
Одной из важнейших потребностей при планировании и анализе режимов работы энергосистемы является прогнозирование величин и графиков нагрузок. В настоящей статье предложен алгоритм поиска однотипных графиков нагрузки на основе методов интеллектуального анализа данных. В качестве исходных данных служат усреднённые получасовые графики потребления активной и реактивной мощности. Предлагаемый алгоритм в первую очередь нацелен на предварительную обработку и группировку данных измерений при решении задачи идентификации статических характеристик нагрузки по напряжению, но также возможно выполнение исследований в области поиска типовых графиков нагрузки для выполнения проектных и перспективных расчётов. Результатом обработки данных будет массив меток принадлежности суточного графика к той или иной группе. В основе предлагаемого алгоритма лежит метод k-средних. Алгоритм апробирован на реальных данных, собранных с подстанции, питающей сборочный завод. В том случае, если в качестве исходных данных служит выборка графиков нагрузки за несколько лет, то можно поставить задачу прогнозирования конфигурации графика нагрузки. Исходными данными для решения этой задачи будет служить упорядоченный во времени массив меток принадлежности суточного графика нагрузки к тому или иному типу.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы получения данных для обучения систем технического зрения, способных выявлять сферические воздушные включения в стеклянных деталях подвесных изоляторов марки ПС-70Е. Данные представлены для воздушных пузырей диаметрами 1 и 2 мм в головке стеклянной детали. Расчет электрического поля при работе изолятора в наихудших условиях эксплуатации позволил выявить области размещения дефектов с нарушением электрической прочности. Для определения наличия дефектов по одному изображению была создана трехмерная модель трассировки лучей, в которой подсветка стеклянной детали осуществляется ортогонально снизу, а съемка производится со стороны головки. На основе моделирования выявлены области расположения воздушных включений диаметрами 1 и 2 мм, в которых дефекты не различимы. Установлено, что имеются области расположения дефектов, в которых наблюдается нарушение электрической прочности, но которые не удается выявить при применяемых условиях съемки. Доля областей при изученных условиях, одновременно относящихся к двум названным категориям, составляет суммарно 6,7 и 2,5 % для пузырей с диаметрами 1 и 2 мм соответственно. Имеются области расположения пузырей, для которых наблюдается значительное искажение фигур дефектов при описанных условиях (22,4 и 20,0 % для пузырей 1 и 2 мм соответственно).
Бесплатно
Статья научная
Стабильная работа энергосистемы является одним из основных вопросов, рассматриваемых в электроэнергетике. Современные уровни потребления ведут к необходимости постоянно наращивать генерируемые мощности, многократно преобразуя и усложняя исходную схему. В дополнение к этому, учитывая текущий тренд на развитие цифровой энергетики и внедрение возобновляемых источников энергии, добавляется все больше неопределенностей, которые сложно предопределить стандартными методами регулирования. События в энергосистеме являются детерминированными, т. е. случайными. Это приводит к тому, что сложно в полной мере оценить устойчивость энергосистемы, уровни напряжений в узлах, токов в ветвях или возможные потери мощности. Нахождение законов распределения вероятностных характеристик способно предоставить понимание всех возможных состояний, в которых может существовать объект. Проблема их получения заключается в сложности учета всех взаимосвязей между случайными аргументами исходных данных. Данные законы необходимы для дальнейшего определения оптимальных режимов работы ЭЭС, возможности решения задачи определения оптимальных мест установки и требуемого объема возобновляемой генерируемой энергии недетерминированным способом. Цель данной статьи заключается в апробировании разрабатываемого метода получения полных вероятностных характеристик СГИД. Данный метод в отличие от методов семейства Монте-Карло не использует случайную выборку исходных аргументов, а полностью покрывает исследуемую функциональную зависимость. Поставленная задача была решена с использованием положений теории вероятностей и математической статистики, в энергетике в частности, численных методов оптимизации. Также использовался пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений MATLAB Matpower.
Бесплатно
Построение карты напряженности электрического поля с учетом рельефа местности и температуры воздуха
Статья научная
С целью увеличения передаваемой по электрическим сетям мощности в республике Таджикистан в 2009 году была построена самая протяженная линия электропередачи 500 кВ длиной более 350 км. Большинство из всех построенных ВЛЭП 500 кВ проходят по горной местности, включая территории населенных пунктов, и создают угрозу для здоровья трудящихся и проживающих там людей. Для разработки мер по защите здоровья населения и обслуживающего персонала используются карты распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП СВН. Современные методики составления подобных карт не могут быть использованы применительно к условиям Таджикистана, так как они не учитывают влияния на результирующее значение напряженности ЭП ПЧ рельефа местности и большого перепада температуры воздуха в течение года. В связи с этим была поставлена задача разработки методики построения карт распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП с одновременным учетом орографии местности и температуры воздуха. Расчет предлагается проводить на основе метода конечных элементов в инженерном пакете Ansys на суперкомпьютере.
Бесплатно
Статья научная
Разработана простая и эффективная система управления параллельным активным фильтром электроэнергии. Такой параллельный активный фильтр электроэнергии позволяет повысить качество напряжения в электросети при работе нелинейной нагрузки. Это достигается за счет существенного снижения параллельным активным фильтром электроэнергии гармонических составляющих тока нагрузки и компенсации реактивной мощности нагрузки, при этом исключается вероятность возникновения резонансных явлений свойственных пассивным фильтрам. Данная система управления параллельным активным фильтром электроэнергии может быть использована как в однофазных, так и в трехфазных электрических сетях. Предложен способ реализации разработанной системы управления параллельным активным фильтром электроэнергии. Построена компьютерная модель активного фильтра электроэнергии в программной среде Matlab 7.11 и приведены результаты моделирования ее работы на активно-индуктивную нагрузку. Для практического подтверждения результатов математического моделирования в программной среде Matlab 7.11 создана установка по исследованию релейного регулятора тока (РРТ). На этой установке практическим путем была подтверждена возможность использования РРТ как основного элемента для создания предложенной системы управления ПАФЭ.
Бесплатно
Статья научная
Сформулирована задача анализа переходных режимов с целью оценки устойчивости в системах электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями. Приведены требования к способам представления машин переменного тока в таких расчетах. Рассмотрены способы представления синхронных и асинхронных машин в задаче анализа устойчивости в режимах параллельной и раздельной работы.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается методика пересчета коэффициентов статических характеристик комплексной нагрузки в узлах электрических сетей 35-220 кВ по полученным экспериментально данным для некоторых узлов сети. Необходимость пересчета статических характеристик нагрузки для близлежащих частей сети возникает из-за проблем с доступом к точкам сетей, принадлежащим частным компаниям, ограничения по количеству сертифицированного измерительного оборудования при проведении активного эксперимента, а также из-за отсутствия технической возможности подключения измерительного оборудования в некоторых местах электрической сети. Для пересчета формируется модель участка электрической сети, в которой используются стандартные модели таких элементов сети, как трансформаторы, токоограничивающие реакторы и линии электропередачи. Эти модели в дальнейшем разделяются на элементарные четырехполюсники (многополюсники), и расчет выполняется последовательно для каждого из них. Приведенная методика является общей и позволяет провести расчет статических характеристик нагрузки в произвольной точке электрической сети по экспериментальным данным в некоторых точках сети.
Бесплатно
Статья научная
С помощью методов математической статистики и теории вероятностей произведена статистическая обработка результатов измерения показателей качества электрической энергии тяговой подстанции Урюм 220/35/27,5/10 кВ, РУ - 35 кВ, 1 СШ, ВЛ - 35 кВ (ВЛ - 241), расположенной в Забайкальском крае. Особое внимание уделено кондуктивной низкочастотной электромагнитной помехе по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2U). Несимметрия напряжений - практически постоянное явление в электрических сетях различного класса напряжений. Она существенно влияет на потребителей электроэнергии, в том числе на саму питающую сеть, особенно негативно сказывается на процессе работы и сроке службы электрооборудования. Актуальность данной проблемы подтверждается множеством исследований на подобную тему и значительным количеством повреждений потребителей электрической энергии, находящихся в эксплуатации (особенно в Забайкальском крае и Дальневосточных регионах). В ходе исследования определен вид и параметры закона распределения случайной непрерывно распределённой величины K2U. Для оценки степени совпадения эмпирического и теоретического распределений произведена трехкратная проверка на достоверность выбранного закона распределения с применением критериев согласия Пирсона χ2, Колмогорова и критерия ω2 (Крамера - Мизеса - Смирнова). За теоретический закон принято логарифмически нормальное распределение. Определена вероятность возникновения кондуктивной низкочастотной электромагнитной помехи по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2U) на исследуемом объекте. Произведена оценка срока службы асинхронного электродвигателя в определенных диапазонах, которые выбраны, опираясь на существующий межгосударственный стандарт по качеству электрической энергии ГОСТ 32144-2013. Проведён анализ полученных результатов исследования. Представлены соответствующие выводы.
Бесплатно
Статья научная
В работе применены методы математического моделирования и инструментального контроля, способные обосновать внедрение энергосберегающих мероприятий и технических решений в системах электроснабжения горнодобывающих предприятий. Оценка внедрения методов энергосбережения в системах электропривода и электроснабжения на горнодобывающих предприятиях показала возможность получения мультипликативного экономического эффекта при правильном подходе к внедрению и последующей эксплуатации энергосберегающих технологий. Был показан потенциал энергосбережения в промышленности в целом и на горнодобывающих предприятиях в частности. В качестве примера на отдельных участках предприятий были рассмотрены такие мероприятия, как компенсация реактивной мощности, внедрение систем автоматизированного электропривода, разработка и опытная эксплуатация систем контроля качества электроэнергии с непрерывной фиксацией показателей. Метод математического моделирования реализовывался при помощи пакета программ MatLab, хорошо зарекомендовавшего себя в инженерных расчетах по всему миру. Инструментальный контроль и оценка показателей качества электроэнергии проводились согласно требованиям ГОСТ РФ 32144-2013. В результате потенциальной оптимизации отдельных систем электроснабжения получен расчетный суммарный экономический эффект за счет экономии электроэнергии, приближающийся к 28 млн руб. в год, что в среднем составляет 20 % от затрат на электропотребление рассмотренных участков горнодобывающих предприятий.
Бесплатно
Применение теории планирования эксперимента к анализу электромагнитных процессов в СЭС
Статья научная
Рассматривается применение теории планирования эксперимента для обобщения результатов полученных с помощью виртуального моделирования электромагнитных процессов в СЭС. Описана методика планирования эксперимента и представлены графически результаты расчетов по регрессионным моделям. Оценена точность и адекватность применяемого метода и его эффективность.
Бесплатно
