Уважаемые коллеги! Мы рады сообщить о запуске нового сайта нашего журнала! Теперь подача и рецензирование статей стали намного удобнее и быстрее. На новом сайте будет публиковаться актуальная информация о приеме статей. Приглашаем всех наших авторов посетить наш новый сайт .
РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БРОМИСТО-ЛИТИЕВОГО РАСТВОРА ДЛЯ БЫТОВОГО АБСОРБЦИОННОГО ТРАНСФОРМАТОРА ТЕПЛОТЫ
Широкое распространение в мире для кондиционирования помещений получили парокомпрессионные установки, работающие от электрической энергии. У данного типа установок имеется ряд недостатков, в связи с чем была предложена новая установка для кондиционирования помещений. Абсорбционный трансформатор теплоты – установка для кондиционирования помещений и горячего водоснабжения, работающая по принципу абсорбционного теплового насоса, а также установка может применяться для отопления. В качестве источников теплоты установка способна использовать возобновляемые источники энергии или утилизировать теплоту уходящих газов, например, исходящих от отопительного котла температурой до 115 °C. Практическая значимость установки заключается в ресурсосбережении и экологичности. Использование данной установки в конечном итоге позволит сократить потребление первичного топлива и снизить негативное влияние на окружающую среду. В работе рассмотрена возможность использования бромисто-литиевого раствора в абсорбционном трансформаторе теплоты для жилых помещений. Для этого был проведен ряд расчетов, выполненных по методике расчета абсорбционных холодильных бромисто-литиевых машин. В результате проведенных расчетов было выявлено, что использование бромисто-литиевого раствора удовлетворительно для использования в бытовом абсорбционном трансформаторе теплоты, однако для достижения большей эффективности работы установки необходимо дорабатывать схему установки.
ПРОЦЕССЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ОЧИСТКИ ТУРБИННОГО МАСЛА В СИСТЕМАХ СМАЗКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН
Получена зависимость параметров (чистоты, загрязнения и очистки) рабочей жидкости системы смазывания подшипников и регулирования паровой турбины. Фильтры предназначены для очистки путем удаления твердых примесей, которые вредны для масла и машины. Если фильтр хорошо справляется со своей задачей, он удаляет загрязняющие вещества так же быстро, как они проникают в масло. Это называется массовым балансом. Количество частиц, попадающих в масляную систему, равно количеству частиц, улавливаемых фильтром; таким образом достигается стабилизированный и контролируемый уровень чистоты масла. Было проанализировано влияние воздуха, диспергированного в масле, на работу рамных фильтров в системах смазки паровых турбин. Установлено, что при фильтровании аэрированного масла мягкие частицы (пузырьки газа) увеличивают коэффициент отсева твердых загрязнений более чем в 4 раза. Расчеты показывают, что воздух, диспергированный в масле, повышает чистоту фильтрата в системе в 21 раз.
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА СТАНА ПРОКАТКИ ТРУБ ПАО «ЧТПЗ»
Актуальностью представленной работы является увеличение быстродействия в работе стана холодной прокатки труб для возможного увеличения технико-экономических показателей. В качестве опытной установки принято решение взять стан ХПТ-450 (ПАО «Челябинский трубопрокатный завод»), быстродействие которого было увеличено до 30 % путем внедрения энергоэффектвного оборудования. Проведенный анализ цикловой автоматики показал, что время работы электропривода составляет около 30 %, что позволяет дать оценку технико-экономическим показателям. Ввиду этого было принято решение исключить из механической силовой цепи угловой редуктор, что в свою очередь упрощает механическую часть системы. Однако уменьшение передаточного числа редуктора приводит к увеличению динамической нагрузки на вал электродвигателя. Проведен анализ работы технологического процесса с помощью методики синтеза силовой части электропривода. Метод включает в себя несколько этапом анализа: определение траектории движения, параметров электрооборудования, выбор структуры, а также параметров корректирующих связей. Данный метод позволяет дать полную оценку работе электропривода. В результате определены корректирующие данные контуров управления скорости, положения и момента. В заключение был проведен технико-экономический анализ от внедрения представленной методики. Результаты показали положительный эффект не только в увеличении быстродействия работы на 80 %, но и в росте экономического эффекта в позитивном направлении.
РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ УСТАНОВОК КОВШ-ПЕЧЬ С АНАЛИЗОМ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОКОВ ДУГ
Целью данного исследования является разработка совершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами установок ковш-печь, предусматривающих автоматическую адаптацию длин электрических дуг к различным условиям аргонной продувки и разной толщине шлака. Рассмотрены вопросы оптимизации несимметричных режимов горения дуг, обеспечивающих максимальное снижение излучений и повышение теплового КПД в фазах, расположенных рядом с зеркалом жидкого металла при донной продувке и работе аварийной фурмы. Приведены результаты экспериментальных исследований поведения поверхности жидкого металла и шлака при различных режимах аргонной продувки, а также различной толщине шлакового слоя. На основе результатов экспериментов предложены новые алгоритмы управления электрическим режимом установки ковш-печь. Данные алгоритмы позволяют производить динамическую адаптацию длин электрических дуг к изменяющимся режимам аргонной продувки, а также шлаковым режимам с использованием информации о гармоническом составе токов дуг. За счёт этого обеспечиваются необходимые условия для улучшения энергетических, временных и технологических показателей установок ковш – печь, поскольку от корректной адаптации электрического режима к изменяющимся условиям плавки напрямую зависит величина теплового КПД электрических дуг, а также КПД технологической установки в целом.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СПОСОБОВ ПИТАНИЯ СДПМ В РЕЖИМЕ ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В статье даётся сравнительная оценка различных способов питания синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) в режиме вентильного двигателя (ВД). Численно на аналитических и на компьютерных моделях рассчитаны механические ω = f(M), зависимость скорости от электромагнитного момента и энергетические ηэ = f(M), зависимость электромагнитного КПД от момента, характеристики двигателя при синусоидальном питании и дискретной коммутации с различными значениями относительной индуктивности обмотки. Исследованы пульсации момента. Рассмотрено три наиболее распространённых способа дискретной коммутации: 120-, 180- и 150-градусная. Показано, что дискретная 120-градусная коммутация обеспечивает наибольшее, по сравнению с другими способами, значение ηэ, а механические характеристики по виду примерно одинаковы при различных способах питания. Исследование пульсаций момента показало, что дискретная коммутация без дополнительных мероприятий не может конкурировать по этому показателю со случаем синусоидального питания, который теоретически имеет нулевые пульсации момента. Однако использование 150-градусной коммутации позволяет значительно их уменьшить, приблизив к 2…3 %. Приведены кривые, позволяющие приближённо оценить ожидаемые пульсации момента для всех дискретных способов коммутации. Даны практические рекомендации по выбору способа питания СДПМ.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СИЛ ОДНОСТОРОННЕГО МАГНИТНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ НА НАДЕЖНОСТЬ ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
В качестве предмета исследований в работе рассмотрена вентильно-индукторная электрическая машина с неравномерным воздушным зазором. Основной задачей исследований является оценка влияния сил одностороннего магнитного притяжения на надежность подшипникового узла при различных вариантах расположения ротора. В данной статье учитывается взаимное влияние сил одностороннего магнитного притяжения и сил дисбаланса. Для расчета магнитного поля использован метод конечных элементов. Исследования проведены для вентильно-индукторной машины, в которой ось вращения совмещена с осью симметрии статора либо смещена вместе с осью симметрии ротора. Получены значения результирующей силы одностороннего магнитного притяжения, существенно превышающей допустимые значения. Предложен алгоритм расчета характеристик вентильно-индукторной электрической машины, который учитывает допуски на изготовление элементов ее конструкции. Алгоритм позволяет скорректировать требования к используемым подшипникам, обеспечить требуемый уровень надежности вентильно-индукторной электрической машины и прогнозировать уровень вибрации и шума.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 35–10–6 кВ ПО ЭМПИРИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ В КООРДИНАТАХ ТРЕХ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
В работе исследуется метод определения места повреждения в распределительных электри- ческих сетях 35–10–6 кВ на основе эмпирических критериев в координатах трех симметричных составляющих индивидуальных для каждого вида аварийного режима. То есть в формулах критериев использованы напряжения и токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Сами формулы определялись по следующему принципу: если напряжения или токи увеличиваются при перемещении точки аварии вдоль длины линии, то они помещаются в числитель, а если наоборот, то в знаменатель. Для каждого критерия получен график интер- полирующей функции, который хранится в памяти компьютера. При возникновении повреждения рассчитывается значение критерия и по графику находится место возникновения аварийного режима. Выявлена расчетная математическая погрешность разработанного метода при малой погрешности измерения ±0,2 %. Показано, что все погрешности составляют менее 1 %, кроме режимов однофазных замыканий на землю, когда погрешность достигает 2,6 %. Как показывают расчеты, погрешность ОМП прямо пропорциональна результирующей погрешности измерений и точности задания исходных данных. Так, при результирующей точности ±2,5 % максимальная погрешность ОМП близка к 3 %, а при точности ±5 % близка к 6 %. Существующие приборы ОМП работают с погрешностью 3–20 %, кроме того, они неспособны определить повреждения с замыканиями на землю и обрывами. Эффективность рассмотренного метода подтверждена технико-экономическими расчетами. Так, в расчете на один фидер 35, 10 и 6 кВ экономический эффект соответственно составляет 200, 150 и 110 тыс. руб. в год при сроке окупаемости около года. При применении метода на 1000 фидерах эффект составит порядка 200, 150 и 110 млн руб. в год. Таким образом, полученные критерии для определения места аварии эффективны как с технической, так и с экономической точек зрения.
ПРИВЕДЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПЛЕКСНОЙ НАГРУЗКИ К УЗЛУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЙ В УДАЛЕННЫХ УЗЛАХ
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.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИБРИДНОЙ ВЕТРО-СОЛНЕЧНОЙ СТАНЦИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД
В статье представлено математическое моделирование гибридной энергетической установки (ГЭУ), работающей на возобновляемых источниках энергии. В состав ГЭУ входит ветровой модуль, солнечный модуль, система накопления электроэнергии. Предполагается использование ГЭУ для электроснабжения собственных нужд ботанического сада, описан принцип работы станции. Проведен анализ ежемесячных данных средней инсоляции и средних значений скорости ветра в Оренбургской области. Для расчетов использован реальный график нагрузок ботанического сада. Анализ выполнен на основе данных по солнечной инсоляции и скорости ветра за последние 20 лет. Выявлено, что наибольшая генерация солнечной электроэнергии в течение года происходит в период с июня по июль, а наибольшая генерация ветровой электроэнергии в течение года происходит в период с января по март. Суммарная генерация позволяет обеспечивать собственные нужды ботанического сада электроэнергией в любой месяц, кроме октября и ноября. Излишняя же электроэнергия, вырабатываемая летом, может использоваться для производства водорода, использующийся в качестве топлива для водородного топливного элемента или хранения его в накопителях.
DESIGN AND SIMULATION OF A SOLAR-WIND STAND-ALONE SYSTEM WITH A SEVEN-LEVEL INVERTER
During an energy conversion process, the total harmonic distortion and losses will increase while its power stability decreases. Multilevel inverter technology can be utilized to alleviate the shortcomings of conventional inverters. These technologies have become recognized as cost-effective solutions for a wide range of industrial applica-tions. Reduced component losses and lower switching losses, as well as improved output voltage and current wave-forms are the first advantages of this design. In multilayer inverters, elimination of harmonic components in the inverter output voltage and current is crucial. This paper proposes a system that consists of three different renewable energy sources. Two of them are PV solar systems while the third is wind turbine simulated in MATLAB Simulink. Seven-level inverters based on switch reduction techniques are proposed in this paper. The proposed system design is verified in the absence of PV systems to produce five voltage levels as a contingency in PV systems.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 6 кВ ТАРРОРСКОГО КАРЬЕРА
Аннотация. Для обеспечения бесперебойности в подаче электрической энергии к электроприемниками, а также для безопасного и надежного обслуживания электроустановок под рабочим напряжением необходимо знать параметры изоляции, по которым разрабатываются организационно-технические мероприятия, применение которых позволяет получить положительный эффект как социальный, так и экономический. В данной статье рас-сматривается разработанная методика определения параметров изоляции в карьерных распределительных сетях (КРС). С помощью разработанной методики было проведено исследование в карьере «Таррор», в ходе которого оценивалась динамика изменения сопротивления изоляции фаз сети относительно земли. На основании получен-ных результатов пришли к выводу, что целесообразно провести подобные измерения не менее, чем за год, что позволит сделать обоснованные качественные и количественные выводы о влиянии параметров окружающей сре-ды на сопротивление изоляции фаз КРС относительно земли.
Техносферная безопасность в электроэнергетике
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННО-РАСПРЕДЕЛЕННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ПРОСЬЮМЕРАМИ
Аннотация. На современном этапе развития систем теплоснабжения они трансформируются в системы централизованно-распределенного типа, интегрирующие различные энергетические технологии для достижения максимальной эффективности и надежности теплоснабжения потребителей при оптимальном сочетании централизованной и распределенной генерации тепловой энергии. Сектор распределенной генерации в этих системах связан прежде всего с реализацией технологий активного потребителя или просьюмера (от англ. prosumer). При этом наряду с аспектами эффективного управления рассматриваемых систем с участием просьюмеров одной из актуальных задач становится обеспечение надежности их функционирования. Основная задача исследования заключается в оптимизации параметрической надежности системы централизованно-распределенного теплоснабжения с учетом использования резервных функций просьюмеров, обеспечиваемых их собственной генерацией или аккумулированием тепловой энергии. Методология решения основана на применении положений теории надежности, узлового подхода к анализу надежности теплоснабжения, моделей марковского случайного процесса, некоторых упрощенных закономерностей теплопередачи в процессах потребления тепловой энергии и некоторых других методов и моделей. Предложенные методы и модели обобщены в рамках единой методологической схемы, состоя-щей из основных этапов анализа и оптимизации (синтеза) надежности. Проведен вычислительный эксперимент на основе тестовой схемы системы теплоснабжения, представлен анализ полученных результатов, сформулированы выводы и направления дальнейших исследований.
ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА СИНХРОННЫХ РЕАКТИВНЫХ И ИНДУКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Рассмотрена задача поиска наилучших размеров элементов магнитных систем синхронных ре-активных и индукторных электрических машин в расширенном диапазоне изменения момента нагрузки и мощности. Предложен алгоритм решения поставленной задачи, который предполагает разделение элементов магнитной системы на две группы. Первая группа влияет на величину пульсаций момента, а вторая не влияет на этот показатель. Такое разбиение ускоряет процесс сходимости результата. Предложен метод последовательного нелинейно-го программирования для решения поставленной задачи. Он обладает хорошей сходимостью при минимальном времени поиска. Выполнен синтез конечно-элементных моделей синхронной реактивной машины с зубчатым и анизотропным типами ротора, вентильно-индукторной машины, машины с переключением поля, синхронной ре-активной и индукторной машин с двухсторонней зубчатостью. Показано, что доля обмоточной меди относитель-но стали в активной части машин возрастает относительно машин традиционного исполнения при работе в номинальном режиме. Напротив, эта особенность проявляется в меньшей степени при работе в зоне перегрузок по моменту. С увеличением мощности возрастают электромагнитные нагрузки, что эквивалентно работе машины меньшей мощности в режиме перегрузки. Показано, что чувствительность к величине воздушного зазора у машин с двухсторонней зубчатостью и распределенной обмоткой на статоре самая большая в исследуемом классе, поэтому с возрастанием мощности удельный момент будет существенно увеличиваться. Напротив, наименьшая чувствительность к величине воздушного зазора у машин с односторонней зубчатостью и распределенной обмоткой на статоре позволяет выполнять эти машины с большей величиной зазора без ущерба для удельного момента.
АНАЛИЗ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ЗАВОДСКИХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Одной из приоритетных задач развития металлургических предприятий является увеличение собственной генерации электрической энергии. На крупнейших предприятиях отрасли – ПАО «ММК» (г. Магни-тогорск), ПАО «Северсталь» (г. Череповец), ПАО «НЛМК» (г. Липецк) выработка электроэнергии на заводских электростанциях составляет 60–70 % от общего потребления. Этому способствует два фактора: во-первых, нали-чие вторичных топливных газов – коксового и доменного, а во-вторых, неоправданно высокие тарифы на элек-троэнергию. В этих условиях обеспечение устойчивой безаварийной работы заводских генераторов и основных систем является, безусловно, актуальной задачей. Системы автоматического регулирования возбуждения (АРВ) являются наиболее ответственными, определяющими состояние генератора в различных режимах. Основные требования к системам АРВ определяют специфические условия работы, среди которых выделим наиболее существенные и значимые. 1. Генераторы относительно небольшой мощности имеют связь с внешней энергосистемой на шинах 110 кВ, где мощность короткого замыкания находится в пределах 1000–3000 МВА, поэтому возможности регу-лирования и поддержания напряжения при этом весьма ограничены. 2. В результате того, что электрическая энергия, вырабатываемая на собственных электростанциях, в 2–2,5 раза дешевле покупной практически все генераторы работают с коэффициентом мощности, близким к единице, что значительно снижает их устойчивость в системе электроснабжения. 3. Напряжение в точке подключения и нагрузки собственных нужд станций, работающих на генераторном напряжении, имеют нестабильный характер, поэтому для сохранения устойчивости генераторов в переходных ре-жимах наиболее предпочтительной является система АРВ с переключающейся структурой, в которой настройки и законы регулирования выбираются в зависимости от режима работы. В работе дана общая характеристика существующих законов и предлагаемого закона регулирования воз-буждения, адаптированная к условиям заводских генераторов, работающих совместно с мощными энергосисте-мами.
ОТСЛЕЖИВАНИЕ ТОЧКИ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ГИБРИДНЫХ ВЕТРОВЫХ, СОЛНЕЧНЫХ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ
Возобновляемые источники энергии для производства электроэнергии, как правило, бесплатны, но не доступны постоянно из-за их спорадической доступности. Таким образом, для увеличения использования возобновляемых источников энергии используются гибридные соединения различных видов энергии. В этой статье рассматривается проектирование гибридной системы возобновляемых источников энергии, использующей методы отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Гибридная система состоит из солнечных фотоэлектрических панелей, небольшой ветряной турбины и модуля термоэлектрического генератора (ТЭГ). В этом исследовании рассматриваются четыре метода MPPT. Это алгоритм инкрементной проводимости (IC), контроллеры нечеткой логики (FLC), использующие правила 25 и 35, и контроллер нечеткой логики интервально-го типа 2 (IT2FLC). Каждый метод MPPT тестируется в системе, чтобы определить, какой из них обеспечивает наилучшее отслеживание максимальной мощности, стабильную работу и эффективность. Все исследуемые энергоресурсы подключены к шине постоянного тока. Напряжение этой шины подается на трехфазный инвертор. Выходное напряжение инвертора регулируется для сбалансированных и несбалансированных нагрузок. Генерирующая мощность спроектированной гибридной системы составляет 5 кВт, и система моделируется с использованием MATLAB Simulink R2017a.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИЗМЕНЕНИЯ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ КОРРЕКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
В статье приведено описание усовершенствованной методики оценки технического эффекта при изменении электрических режимов дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь. Одними из ос-новных показателей эффективности работы данных агрегатов являются удельный расход электроэнергии и удельный расход электродов. В представленных исследованиях показано, что при изменении электрических ре-жимов дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь вследствие изменения параметров системы управления электрическими режимами или замены системы управления на новую, прямое сопоставление значе-ний удельного расхода электроэнергии и удельного расхода электродов в сравниваемых периодах времени явля-ется некорректным из-за возможного влияния множественных производственных и технологических факторов. В отличие от существующих методик, основанных на прямом сравнении показателей работы электродуговых печей, в предлагаемой методике осуществляется учет влияния основных технологических факторов, которые могут иметь неодинаковые значения в анализируемых периодах. В новой методике используются методы статистиче-ского и корреляционного анализа выборок временных, электрических и технологических параметров дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь для двух анализируемых периодов – гарантийного и предгаран-тийного. На основании анализа средних значений факторов нескольких выборок определяется, какой из двух пе-риодов являлся более тяжелым с точки зрения достижения технического эффекта по экономии электроэнергии и электродов, после чего осуществляется приведение технического эффекта к наиболее тяжелым условиям. Разра-ботанная методика может быть использована для уточнённой оценки эффективности работы дуговых печей после изменения настроек действующих систем автоматического управления электрическими режимами или при заме-нах старых систем управления.
ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА
Рассмотрены существующие способы математического моделирования литий-ионных аккуму-ляторов на основе формулы Шеферда, а также при помощи формул из общего курса физики. Для замера экспе-риментальных данных в автоматическом режиме была разработана специальная измерительная установка. Глав-ным 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 дан-ных была построена экспериментальная зависимость разряда аккумулятора постоянным током, в течение опреде-лённого промежутка времени, с последующим вычислением емкости данной батареи. Нагрузкой являются 20 ре-зисторов, 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 сопротивле-ния 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 со-ставило 2,6 %.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ СООБЩЕСТВА МИКРОСЕТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
Современная электроэнергетика характеризуется резко возросшим потреблением электроэнер-гии за последние десятилетия. Объясняется это рядом причин: технологических, социальных, экономических и др. Поэтому прогнозирование потребления электроэнергии имеет важное значение для множества процессов, включая планирование работы генерирующего оборудования, управление и оптимизацию режимов работы энер-гетических систем, а также является значимым аспектом в работе промышленных предприятий, так как отклоне-ния для них грозят штрафами. В связи с этим одной из актуальных задач на рынке электроэнергии сегодня явля-ется прогнозирование электропотребления на определенный срок. В статье представлено описание модели микро-сети со встроенным блоком прогнозирования электропотребления и интеллектуального управления нагрузкой одновременно несколькими объектами, в том числе имеющими распределенную генерацию. Решение принимается на сутки вперед, формируя стратегию профиля генерации и управления электроприемника-ми. Такой тайминг диктуется информацией, имеющейся у интеллектуальной системы: прогноз спроса и цены на электроэнергию централизованной энергосистемы на каждый час следующих суток. Описаны особенности пере-ключения в пиковое время на дополнительные источники электроэнергии, распределение по микросетям. Про-гноз реализован с помощью модели Хольта – Винтерса из библиотеки statsmodels (Python 3). Модель использует идеи экспоненциального сглаживания, но является более сложной и может применяться к рядам, содержащим тенденцию и сезонность. Обученная модель прогнозирует с точностью 95,21 %.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ОБОСНОВАНИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В работе применены методы математического моделирования и инструментального контроля, способные обосновать внедрение энергосберегающих мероприятий и технических решений в системах электро-снабжения горнодобывающих предприятий. Оценка внедрения методов энергосбережения в системах электро-привода и электроснабжения на горнодобывающих предприятиях показала возможность получения мультиплика-тивного экономического эффекта при правильном подходе к внедрению и последующей эксплуатации энергосбе-регающих технологий. Был показан потенциал энергосбережения в промышленности в целом и на горнодобыва-ющих предприятиях в частности. В качестве примера на отдельных участках предприятий были рассмотрены та-кие мероприятия, как компенсация реактивной мощности, внедрение систем автоматизированного электроприво-да, разработка и опытная эксплуатация систем контроля качества электроэнергии с непрерывной фиксацией пока-зателей. Метод математического моделирования реализовывался при помощи пакета программ MatLab, хорошо зарекомендовавшего себя в инженерных расчетах по всему миру. Инструментальный контроль и оценка показа-телей качества электроэнергии проводились согласно требованиям ГОСТ РФ 32144–2013. В результате потенци-альной 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.
О НЕСОВЕРШЕНСТВЕ ТЕРМИНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ РАЗВИТИЯ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
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.
ОПЫТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРО- И ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМ ПРЯМОТОЧНОГО КОТЛА НА ЛАБОРАТОРНОМ СТЕНДЕ ПУТЕМ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ И СБОРА ДАННЫХ
Существует мало лабораторных стендов, которые имитируют работу прямоточных котлов, в то время как процессы, происходящие в таких устройствах, относятся к сложным в гидравлическом и теплофизическом аспектах. Изучив гидродинамику теплоносителя в вилиндрическом сложнонавитом змеевике, можно повлиять на производительность котла. Движение воздуха через подобный змеевик также представляет интерес для интенсификации процесса теплообмена в паровых прямоточных котлах. Современные приборы автоматизации могут позволить снять показания теплоносителя и воздуха с высокой точностью, а также передать экспериментальные значения на персональный компьютер для сохранения и последующего анализа данных. В статье представлены результаты по проектированию и сборке лабораторного стенда, который предназначен для опытного исследования аэро- и гидравлической систем прямоточного котла с помощью автоматического управления устройствами и сбора данных. Отображены результаты моделирования и экспериментальных данных.
АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ КОСВЕННОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ MATLAB/Simulink
Рациональное решение вопросов, связанных с профилактикой электротравматизма, а также с безопасностью эксплуатации и надежностью электроснабжения потребителей электроэнергии невозможно без определения параметров изоляции электроустановок. Если в процессе эксплуатации электрооборудования выявлять участки, где наблюдается устойчивое снижение уровня изоляции и заблаговременно выводить их в ремонт, то можно значительно повысить надёжность электроснабжения и безопасность эксплуатации. Таким образом, полная информация о состоянии изоляции электроустановок может быть получена при применении соответствующих методов контроля изоляции. В статье рассматривается краткая характеристика существующих методов определения параметров изоляции сети относительно земли, проанализированы погрешности косвенного метода, основанного на подключении к одной из фаз дополнительной емкости. Приведены результаты исследований на компьютерной модели влияния различных факторов на точность измерений параметров изоляции фаз сети относительно земли, которые показали, что при несимметрии фазных напряжений и изменении величины и вида нагрузки погрешность измерения не превышает 8 %.
ОПТИМИЗАЦИЯ НОВЫХ ТИПОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ МЕХАНИЗМОВ С ВЕНТИЛЯТОРНЫМ ХАРАКТЕРОМ НАГРУЗКИ
В статье рассмотрены основные требования, предъявляемые к насосным станциям, в частности к способам регулирования подачи воды на насосной станции первого подъема. Дано описание насосного агрегата и рассматриваемого оборудования. Приведено сравнение видов основных приводных агрегатов насосных станций с обоснованием выбора системы электропривода между классическим асинхронным и синхронным электроприводами и системы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения со сравнением энергетических показателей. Приведено описание и обоснована работа системы регулирования. Приведены технические характеристики параметров двигателя и суточного расхода жидкости станции. На основании проведенных исследований был выбран оптимальный метод регулирования системы питания. Приведена математическая модель устройства, реализующего выбранный метод регулирования. Полученные результаты математического моделирования представлены на графиках. Приведен график переходного процесса при изменении скоростей в зависимости от необходимой подачи жидкости. Сделаны выводы о работоспособности системы и намечены дальнейшие планы действий.
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Целью исследования является разработка автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки по характеристикам изменения токов нагрузки электродвигателей роликов. Система позволяет за счет своевременного выявления неисправного оборудования и его оперативной замены по результатам диагностирования повысить качество готового проката и производительность стана. В работе выполнены: анализ способов диагностирования электропривода отводящего рольганга и возможных его неисправностей, негативно влияющих на качество готового проката; экспериментальное определение соответствия форм изменения токов нагрузки электродвигателей роликов конкретным видам неисправности; определение диагностических признаков проявления неисправностей в показателях изменения токов нагрузки электродвигателей роликов; создание математической модели расчёта усилий транспортирования полосы; разработка методик и алгоритмов технического диагностирования электропривода отводящего рольганга по характеристикам изменения токов нагрузки электродвигателей роликов; разработка обобщённого алгоритма работы автоматизированной системы технического диагностирования; экспериментальная оценка эффективности предложенных методик и алгоритмов диагностирования на действующем стане. При исследовании применялись аналитические методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений и систем. В результате исследований экспериментально подтверждена техническая эффективность разработанных методик и алгоритмов диагностирования эксцентриситета бочки ролика отводящего рольганга, неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика, неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга, правильности выставки ролика относительно технологической плоскости отводящего рольганга. Разработанные методики и алгоритмы диагностирования могут быть использованы для создания систем диагностирования электроприводов отводящих рольгангов на действующих станах при их реконструкции, а также на вновь строящихся станах. Разработанная система внедрена на широкополосном стане 2000 горячей прокатки промышленного предприятия.
ВЫЯВЛЕНИЕ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В работе представлены результаты исследований, направленные на выявление асинхронного режима возбужденных синхронных электродвигателей и сохранение их устойчивости. Выявление асинхронного режима предложено выполнять с помощью степенного полинома из отношения степеней активной и реактивной мощностей, определяемых на основе измеряемых мгновенных значений токов и напряжений статора синхронного электродвигателя. Управление системой возбуждения синхронного двигателя предлагается выполнять путем циклического переключения обмотки возбуждения на добавочное сопротивление или возбудитель на основе критерия, представляющего собой производную степенного полинома из отношения степеней активной и реактивной мощностей синхронного двигателя. Предложенные способы выявления асинхронного режима возбужденного синхронного двигателя и управления его системой возбуждения для обеспечения успешной ресинхронизации синхронного двигателя без разгрузки приводимого агрегата могут быть использованы в микропроцессорных устройствах защиты синхронных электродвигателей. Эффективность предложенных методов выявления асинхронного режима и управления возбуждением синхронного электродвигателя подтверждены результатами математического моделирования.
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЯ КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ РОТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В РЕЖИМЕ ВЫБЕГА
Предлагаемая работа предназначена для углубления теоретических основ построения систем диагностики повреждений короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя в режиме выбега. В ней представлен способ диагностики повреждения стержней короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя по ЭДС, индуктируемой в обмотке статора затухающими токами в короткозамкнутой обмотке ротора. Устройство по этому способу реализуется на базе персонального компьютера, в котором в качестве АЦП используется звуковая карта, данные обрабатываются в специально созданном программном обеспечении. Представлены две блок-схемы устройства диагностики АД, в которых информацию о повреждении ротора получают из ЭДС статора, а начало выбега определяют по разности ее амплитуд или по замыканию блок-контактов выключателя. В последнем случае при размыкании блок-контактов выключателя нагрузки формируется сигнал на измерение ЭДС обмотки статора и осуществляется запись этой ЭДС. Рассмотренная система диагностики позволяет достаточно просто осуществлять диагностику АД напряжением до 1000 В. Однако необходимость подключения для диагностики к блок-контактам высоковольтных АД, например, в ячейках КРУ значительно усложняет процесс диагностики и по технологическим причинам может применяться не на всех АД. Этого в значительной мере можно избежать, если начало режима выбега АД определять по разности амплитуд. Опытный образец системы диагностики обрыва стержней ротора показал, что такая ее реализация способна достаточно эффективно выявлять обрыв стержня ротора в режиме выбега АД. При этом экспериментальные данные были проведены как с использованием звуковой карты компьютера, так и внешнего сертифицированного модуля АЦП, установлено, что погрешность измерений звуковой картой допустима. При этом стоимость всего устройства невысока и определена в основном стоимостью ПК и программного обеспечения, что делает ее доступной для практически любого промышленного предприятия и некоммерческих организаций.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
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.
РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТИРИСТОРНОГО УСТРОЙСТВА ГАШЕНИЯ ПОЛЯ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ
Рассмотрена работа известного тиристорного устройства гашения магнитного поля синхронного генератора. Показано, что для улучшения характеристик устройства и расширения его функциональных возможностей при известном алгоритме управления требуется увеличение числа гасящих цепей. Предложен алгоритм управления гасящими цепями, основанный на принципе двоичного кодирования десятичного значения требуемого эквивалентного сопротивления устройства. Для двух вариантов схем тиристорных устройств гашения поля получены вольтамперные характеристики устройства. Отмечены увеличение среднего значения напряжения на выводах обмотки возбуждения и повышение качества синтезирования требуемой вольтамперной характеристики. Выявлены достоинства и недостатки предложенных алгоритмов и схем. Доказано, что переход на новый алгоритм управления гасящими цепями улучшает характеристики тиристорного устройства гашения магнитного поля синхронного генератора без необходимости изменений в силовой части, однако требует принятия мер по повышению надежности системы управления.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ И УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 10–35 кВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ
Как показывает статистика аварийных отключений и предельные сроки эксплуатации элементов электрических сетей и электрооборудования в целом, основной задачей для подключения перспективных промышленных и жилых комплексов является обеспечение бесперебойного электроснабжения. Для этого необходимо проводить реконструкцию или прокладывать новые перспективные и востребованные линии электропередачи для ответственных потребителей. В связи с этим требуется разработка и реализация системы автоматизированного расчета с заложенной усовершенствованной методикой выбора сечений проводников линий электропередачи 10–35 кВ с помощью учета дополнительных экономических параметров, одним из которых является критерий минимума дисконтированных затрат. В результате получены новые значения экономической плотности тока для каждого субъекта Российской Федерации, соответствующие новым экономическим условиям, которые существенно отличаются от приведенных в ПУЭ. В исследовании был выполнен анализ влияния экономической плотности тока от территориального разброса цен на электроэнергию, нормы дисконта, динамики роста нагрузки и цен на ремонт и обслуживание, что подтверждает её зависимость от экономической ситуации в стране. Разработанный программный продукт позволяет произвести перерасчет линии электропередачи для последующей реконструкции и модернизации. Кроме этого, как сказано выше, имеются рассчитанные значения для всех регионов России с учетом времени наибольшей загрузки. Применение системы автоматизированного расчета позволит сократить время расчетов при определении типа линии, сечения и напряжения для дальнейшего прогнозирования вновь подключаемых объектов и действующих, а также выполнить правильный и обоснованный выбор при минимуме исходной информации.