Preview

Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Расширенный поиск
Том 23, № 6 (2021)
Скачать выпуск PDF

ЭНЕРГЕТИКА 

3-15 111
Аннотация

ЦЕЛЬ. Исследовать проблему оценки энергоэффективной эксплуатации низковольтных коммутационных аппаратов, устанавливаемых в электротехнических комплексах, проанализировать современное состояние российского рынка электрических аппаратов и разработать алгоритм и модели основных технических характеристик автоматических выключателей пускателей электромагнитных и контакторов различных заводов-изготовителей.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи исследовано отношение величины номинального тока аппарата и сопротивления контактов и контактных соединений аппаратов некоторых заводов-производителей. Анализ экспериментальных данных показал, какой вид имеют функциональные зависимости сопротивлений контактов от номинального тока.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработаны аппроксимирующие функции по результатам экспериментальных исследований величины сопротивлений контактов от основных номинальных параметров автоматов, пускателей электромагнитных и контакторов некоторых заводов-изготовителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В статье разработаны алгоритм и модели оценки энергоэффективности эксплуатации низковольтных электрических аппаратов, позволяющие уточнять величину потерь мощности (электроэнергии) в оборудовании и рекомендуемые для повышения достоверности расчета потерь электроэнергии в низковольтных сетях электротехнических комплексов.

16-28 66
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть особенности системы электроснабжения нефтегазодобывающего комплекса. Разработать алгоритм формирования баланса электроэнергии для расчета доли потребления каждым из технологических процессов, анализа потерь мощности и определения причин небаланса. Адаптировать метод параметрической идентификации вращающихся электрических машин в
эксплуатационных режимах для дальнейшей оценки показателей энергоэффективности. Встроить принцип адресности в алгоритм расчета удельного расхода электроэнергии оборудования. Разработать визуализацию прототипа программного обеспечения для мониторинга и контроля показателей энергоэффективности нефтегазодобывающего предприятия.

МЕТОДЫ. Задача формирования математической модели решается методами идентификации параметров оборудования по замерам режимных параметров. Для расчета установившегося режима применяется метод узловых напряжений с формированием системы уравнений и матрицы адресности для трассировки потоков мощности.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье предложен алгоритм расчета показателей энергоэффективности оборудования нефтегазодобывающего предприятия. Алгоритм основан на обработке и анализе фактических данных от установленных на предприятии средств учета электропотребления. Анализ данных электропотребления на месторождении в совокупности с показателями добычи нефти, позволит выявить наиболее эффективный режим работы оборудования. Алгоритм расчета удельного расхода электроэнергии рассмотрен на примере типовой иерархии приборов учета на месторождении с детальным описанием процедуры распределения потребляемой электроэнергии между агрегатами. Далее в статье рассмотрена возможность применения принципа адресности потокораспределения в задачах снижения потерь мощности в сети. Представлена методика идентификации параметров схемы замещения оборудования для оценки энергоэффективности и контроля режимных параметров с указанием проблемных узлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Рассмотренный в статье алгоритм внедрен в информационную систему центра управления добычей на месторождении как дополнительный модуль по оценке энергоэффективности. Отклонение фактических значений показателей от нормативных является индикатором нарушений в работе оборудования. Выявление отклонений позволяет сформировать оптимальный список организационных и технических мероприятий по регулированию электропотребления и повышения энергоэффективности предприятия.

29-41 47
Аннотация

ЦЕЛЬ. Исследование структуры времени определения источника искажения качества электроэнергии и способа его сокращения за счёт применения мобильного программно-аппаратного измерительного комплекса.

МЕТОДЫ. Выполнен анализ количества обращений по поводу некачественной электроэнергии, структуры и значений времени, затрачиваемого на определение источников искажения показателей качества электроэнергии (ПКЭ) за нормативные значения с учётом всех его составляющих.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Определено, что количество обращений, поступающих в электросетевую компанию по поводу некачественной электроэнергии остается достаточно большим. При этом выявление источника искажений, необходимое для разработки мероприятий по устранению искажений занимает продолжительное время. Исходя из проанализированных данных, оно может составлять до 21-го дня. Количество случаев, когда источник искажения ПКЭ не выявлялся более двух дней составило 117 случаев из 419 проанализированных. Предложены решения по сокращению указанного времени.

ВЫВОДЫ. Представленные в статье решения позволяют сократить время, затрачиваемое на определение источника искажения ПКЭ за счёт применения мобильного программно-аппаратного измерительного комплекса (ПАИК). Предложен вариант структуры ПАИК, в которую входят датчики и центральный блок ПАИК. Предлагаемый ПАИК может использоваться при отсутствии внешних каналов связи за счёт применения передачи данных от датчиков комплекса на центральный блок с помощью технологий Long Range (LORA), или Wireless Fidelity (Wi-Fi). Кроме этого, ПАИК предусматривает синхронизацию всех датчиков по времени.

42-52 69
Аннотация

ЦЕЛЬ. Широкополосные силовые фильтры (ШПФ) являются эффективным средством ослабления гармонических искажений и компенсации резонансных режимов в системах электроснабжения, основной нагрузкой которых являются многопульсные полупроводниковые преобразователи и дуговые печи. Недостаток простейших широкополосных фильтров, используемых на практике – большая мощность, потребляемая демпфирующим резистором. Особенно сильно это проявляется в устройствах, предназначенных для ослабления гармоник низкого порядка.

МЕТОДЫ. Рассмотрена базовая структура ШПФ в форме односторонне нагруженного четырехполюсника лестничной структуры. Определены требования к структуре фильтров, при которых обеспечиваются малые потери мощности в элементах. Предложен метод проектирования широкополосных демпфирующих фильтров произвольного порядка, основанный на использовании методов многокритериальной оптимизации.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье предложены новые конфигурации широкополосных фильтров лестничной структуры, обеспечивающих требуемую селективность частотных характеристик и потребляющих значительно меньшую активную мощность, чем традиционные схемы, используемые для подавления низкочастотных гармоник. Показано, что известные варианты ШПФ можно рассматривать как частные случаи предложенной структуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложенные фильтры лестничной структуры целесообразно использовать в промышленных системах электроснабжения, значительную часть нагрузки которых составляют мощные электроприемники с нелинейными характеристиками. Это позволит нормализовать качество электроэнергии и одновременно повысить энергоэффективность компенсирующих устройств.

53-65 68
Аннотация

ЦЕЛЬ. Разработка методики моделирования режимов систем электроснабжения железных дорог, оснащенных устройствами для улучшения качества электроэнергии в сетях, питающих стационарные объекты железнодорожного транспорта. Рассматривалось два конструктивных решения, обеспечивающих снижение несимметрии и отклонений напряжения на шинах 0,4 кВ подстанций, питающих эти объекты. Первое из них базировалось на применении отсасывающих трансформаторов, а второе – на использовании линий с заземленной фазой. Рассматривалось два способа включения данных трансформаторов: в изолирующие стыки рельсов и в обратный провод.

МЕТОДЫ. Исследования проведены с помощью программного комплекса Fazonord, обеспечивающего комплексное моделирование в фазных координатах режимов систем электроснабжения. Для определения влияния отсасывающих трансформаторов и линий с заземленной фазой на показатели качества электроэнергии рассмотрена межподстанционная зона тяговой сети двухпутного участка переменного тока 25 кВ протяженностью 45 км.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: при использовании отсасывающих трансформаторов, которые включались в рассечку рельсов, среднее значение коэффициента несимметрии по обратной последовательности на шинах 0,4 кВ подстанции объекта уменьшалось на 2,5 % по сравнению с отсутствием таких устройств; при наличии трансформаторов, которые включались в обратный провод, данный показатель снижался на 19 %. Применение линий с заземленной фазой вместо линии «два провода – рельс» позволило улучшить качество электроэнергии на шинах 0,4 кВ, при этом максимум коэффициента несимметрии по обратной последовательности снижался на 40 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе компьютерного моделирования показано, что применение отсасывающих трансформаторов с обратным проводом и линий 25 кВ с заземленной фазой позволяет улучшить качество электроэнергетики в системах электроснабжения стационарных объектов железнодорожного транспорта.

66-86 60
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть структуру централизованной и автономной системы электроснабжения газового промысла (ГП) №1 ООО «Газпром добыча Ямбург». Выполнить расчет энергетических показателей (потребляемая активная, реактивная и полная мощность, коэффициенты мощности, коэффициенты реактивной мощности) для каждой секции шин (СШ) комплектно-трансформаторных подстанций (КТП) по ваттметрограммам, снятыми электромеханическими счетчиками на линейных ячейках закрытого распределительного устройства (ЗРУ) в течение календарного года. Рассчитать пиковый ток группы электроприемников (ЭП) для СШ каждой КТП. Разработать структурную динамическую схему централизованной и автономной системы электроснабжения. Определить основные элементы электротехнического комплекса (ЭТК) из разработанной структурной схемы, в которых происходят потери электрической мощности. Провести анализ особенностей функционирования и коэффициента загрузки автономной системы электроснабжения от дизельных электростанций (ДЭС) по схемам: «один генератор – обособленная группа электропотребителей» (ЭТК-1), единый центр генерации с каскадной (кольцевой) схемой включения (ЭТК-2). Сравнить годовой расход топлива ДЭС c ЭТК-2 и ЭТК-1 по месячным коэффициентам загрузки.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся приближенный метод определения энергетических показателей электрических нагрузок на каждой СШ КТП и коэффициентов загрузки дизельных электростанций по показаниям активной мощности (ваттметрограммам) за рассматриваемый период.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности построения и функционирования ЭТК газового промысла централизованной и автономной системы электроснабжения. Произведен приближенный расчет энергетических параметров для СШ КТП установки комплексной подготовки газа (УКПГ) и дожимной компрессорной станции (ДКС) по показаниям потребляемой активной мощности в течение рассматриваемого периода. В данной статье рассмотрены топливно-энергетические характеристики и особенности функционирования ДЭС. Рассчитаны месячные и годовые средневзвешенные коэффициенты загрузки и определены пиковые токи группы ЭП для каждой ДЭС. Произведен расчет годового расхода топлива ДЭС с ЭТК-1 и ЭТК-2 по месячным коэффициентам загрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате анализа структуры и энергетических характеристик выявлены особенности функционирования централизованной и автономной системы электроснабжения, которые определяют недостатки, требующие дальнейшего исследования и изучения, с последующей разработкой комплекса мероприятий по повышению энергоэффективности ЭТК.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 

87-98 46
Аннотация

ЦЕЛЬ. Исследование системы управления механизмом передвижения груза при использовании разных вариантов бездатчикового управления. Поиск оптимального варианта, при котором формирование скорости происходит идентично данным, полученным с датчика скорости. Анализ полученных при исследовании результатов, в том числе, результатов, полученных с учетом нагрева обмоток двигателя.

МЕТОДЫ. Задачи, поставленные при выполнении исследования, реализуются путем имитационного моделирования в среде компьютерного моделирования Matlab Simulink.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье рассмотрены системы с разными типами наблюдателей скорости. Реализована система учитывающая нагрев обмоток статора и ротора асинхронного двигателя, в который были внедрены неадаптивный наблюдатель и разные типы нейросетевого контроллера. Предложен совмещенный способ использования нейросетевых регуляторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Бездатчиковые системы управления актуальны для использования на производствах с присутствием, по условиям технологического процесса, высоких температур. Проведенные исследования показали, что использование нейросетевых технологий позволяет работать с параметрами разного уровня и типа. Предложенный метод, подразумевающий использование совместной работы нейросетевых наблюдателей с различной нейроструктурой позволяет осуществлять отработку скорости во всем диапазоне. Присутствующая в предлагаемой структуре связь с облачным хранилищем ведет к разгрузке системы управления, позволяя увеличить процесс анализа данных, поступающих с объекта.

99-108 43
Аннотация

ЦЕЛЬ. Рассмотреть применение судов специального назначения с системой динамического позиционирования. Провести наблюдения и исследования работы элетротехнических комплексов таких судов на предмет существования в них проблем, оказывающих влияние на выполнение технологических операций. Предложить методы и средства, направленные на устранение ситуаций и процессов, отрицательно сказывающихся на работе судовых электротехнических комплексов при прокладке трубопроводов.

МЕТОДЫ. Для проведения наблюдений и исследований рассмотрен единый электротехнический комплекс с электрическими винторулевыми колонками и системой прокладки подводного трубопровода кабелеукладчика «Seven Vega». Собрана информация о всех основных электротехнических системах судна «Seven Vega». Проведены экспериментальные исследования, направленные на изучение режимов работы электротехнического комплекса при прокладке трубопроводов.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Получены экспериментальные осциллограммы токов параллельно работающих дизельгенераторных агрегатов в различных режимах. Отмечено существование обменных колебаний мощности при работе единой электроэнергетической системы кабелеукладчика «Seven Vega». Получены данные об отрицательном влиянии колебаний мощности на работу натяжителей при укладке подводных трубопроводов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование морских судов с динамическим позиционированием для прокладки трубопроводов и выполнению работ по добыче нефти и газа требует обеспечения работы их электротехнических комплексов. Для обеспечения качественной работы натяжителей в системах прокладки трубопроводов необходимо обеспечить настройку их регуляторов и исключить возникновение обменных колебаний мощности при параллельной работе генераторных агрегатов.

109-118 47
Аннотация

ЦЕЛЬ. Асинхронные электродвигатели являются основными потребителями электрической энергии. Повышение их энергетических характеристик может способствовать значительному снижению электропотребления в целом. Использование в асинхронном двигателе совмещённой 12-зонной обмотки, вместо стандартной 6-зонной, теоретически может привести к снижению электрических потерь в обмотке статора, а также к снижению добавочных потерь, вызванных высшими пространственными гармониками. Основной целью работы является оценка влияния применения совмещённой обмотки статора на энергетические характеристики асинхронного двигателя.

МЕТОДЫ. Исследование проводилось на двух электродвигателях АИР71В4, в одном из которых была уложена стандартная обмотка, а в другом совмещённая. В опыте к двигателям подводилось номинальное напряжение, а нагрузка осуществлялась с помощью электромагнитного нагрузочного устройства. Двигатели испытывались в диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной. Проводимый опыт имел пятикратную повторность.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе приводятся зависимости силы тока, потребляемой активной и реактивной мощности, коэффициента полезного действия и коэффициента мощности от нагрузки двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты исследования показали, что асинхронный двигатель с совмещённой обмоткой на всём исследуемом интервале нагрузок имеет меньшее потребление как активной, так и реактивной мощности, по сравнению с двигателем со стандартной обмоткой, при этом коэффициенты мощности данных двигателей практически не отличаются. Наибольшая разница в коэффициентах полезного действия наблюдалась при нагрузках ниже номинальной в пользу усовершенствованной модели двигателя, но и при номинальной нагрузке двигатель с совмещённой обмоткой обладает большим КПД на 3,1%.

119-133 69
Аннотация

ЦЕЛЬ. В современных системах управления различных промышленных агрегатов основой для автоматизации технологических процессов является электрический привод. Высокие требования к качеству процесса управления, надёжности и энергетической эффективности технологических процессов и промышленных агрегатов определяют постановку и решение научно-практических задач по разработке и созданию новых перспективных систем управления электроприводов (СУЭП), позволяющих сохранить требуемое качество функционирования в условиях влияния дестабилизирующих факторов. Данные факторы могут воздействовать на систему управления в виде внешних координатных возмущений и суммироваться с соответствующими сигналами замкнутой СУЭП, а также выражаться в форме параметрических возмущений, приводящих к нестабильности параметров СУЭП в процессе эксплуатации. Возникает необходимость создания такой системы управления, которая позволит осуществить идентификацию параметров СУЭП за счет введения в структуру системы соответствующих алгоритмов идентификации.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся беспоисковый градиентный метод адаптивной идентификации, реализованный средствами программной среды MatLab.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе рассматривается задача параметрической идентификации электропривода с двигателем постоянного тока на основе определения функций чувствительности. Показатель качества процесса идентификации выбран из условия обеспечения близости дополнительного движения, формируемого моделью, и фактического дополнительного движения при вариациях нестабильных параметров. Для построения алгоритма параметрической идентификации используется инверсная модель исследуемой СУЭП, показателем качества является квадрат невязки, а идентифицируемым параметром – общий коэффициент передачи электропривода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Моделирование в программной среде MatLab показало высокую робастность разработанного алгоритма идентификации к параметрическим возмущениям, которые не оказывают влияния на установившееся значение идентифицируемого параметра. Предложенный в работе способ компенсации
статического момента сопротивления электропривода позволил обеспечить также малую чувствительность алгоритма и к внешним возмущениям. Идентификация общего коэффициента передачи электропривода постоянного тока осуществляется с погрешностью, не превышающей 0,5% в режиме реального времени в условиях влияния возмущений различной физической природы.

134-147 73
Аннотация

ЦЕЛЬ. С помощью данных от интеллектуальных приборов учета электроэнергии проведен анализ профилей электрических нагрузок коммерческих организаций, входящих в состав многоквартирных домов. Выполнено сравнение полученных результатов с их действующими нормативными значениями. Рассмотрены новые значения удельных электрических нагрузок для помещений общественного назначения: аптек, продовольственных и промтоварных магазинов, предприятий общественного питания, офисных помещений.

МЕТОДЫ. Получасовые профили нагрузки получены от интеллектуальных приборов учета электроэнергии, установленных непосредственно у исследуемых объектов, передача данных выполнялась автоматизированной системой учета электроэнергии. Интервалы наблюдения составляли несколько десятков дней. Для обработки экспериментально полученных данных применены статистические методы анализа электрических нагрузок.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, представлены профили электрических нагрузок помещений общественного назначения с выделением характерных признаков в отдельности по каждой группе потребителей электроэнергии. Рассмотрены новые удельные расчетные электрические нагрузки, в том числе произведен анализ по сопоставлению с существующими нормативами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Расчетные значения электрической мощности с целью обеспечения технологического присоединения для помещений общественного назначения, включающих в себя социально-культурные объекты, необходимо актуализировать, так как на сегодняшний день существует значительная разница между фактической и рассчитанной по нормативным документам электрическими нагрузками. Актуализация удельных расчетных электрических нагрузок помещений общественного назначения позволит уменьшить запертую мощность, приходящуюся на данные объекты, одновременно сократить стоимость технологического присоединения, тем самым повысить рейтинг инвестиционного климата региона.

148-156 40
Аннотация

В статье предложено решение задачи оптимизации конструкции магнитной системы тихоходного синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) в составе перспективного к использованию в компрессоростроении линейного привода одноступенчатого поршневого компрессора на заданный закон движения подвижной части. В качестве критерия оптимальности используется максимум КПД электромеханического преобразователя. Решением задачи оптимизации установлена в аналитическом виде взаимосвязь конструктивных параметров с энергетическими показателями СДПМ. Приведено обоснование максимально возможного КПД СДПМ для синусоидального и несинусоидального законов движения индуктора.

ЦЕЛЬ: Получение решения задачи оптимизации конструкции магнитной системы тихоходного СДПМ в составе линейного привода одноступенчатого поршневого компрессора на заданный закон движения подвижной части, удовлетворяющего критерию максимума КПД электромеханического преобразователя.

МЕТОДЫ: Использовались методы теории электромеханических преобразователей энергии, теоретической электротехники, математического моделирования, методы оптимизации, вариационного, дифференциального и интегрального исчисления, а также экспериментальные методы.

РЕЗУЛЬТАТЫ: Приведены результаты экспериментального исследования разработанного макетного образца тихоходного СДПМ в составе линейного привода длинноходового одноступенчатого поршневого компрессора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Наибольший КПД СДПМ достигается, когда ток в обмотке якоря изменяется во времени прямо пропорционально скорости движения индуктора. Для обеспечения указанного режима предлагается
использовать частотный преобразователь с открытым программным кодом, позволяющий реализовать временную зависимость тока в обмотке якоря в соответствии с заданным законом движения подвижной части. Управление СДПМ осуществляется частотным преобразователем на основе созданных в среде MexBios структурных моделей.

ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО- ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 

157-165 67
Аннотация

ЦЕЛЬ. Современные требования к электроприводам предъявляют все более жесткие условия по энергоэффективности, габаритам и массе. Особенно ощутимы массо-габаритные параметры применительно к стремительно развивающемуся электротранспорту. Достигнутые технологические пределы практически не дают ощутимых результатов по улучшению характеристик известных конструкций, поэтому идет борьба за единицы процентов и доли процента в плане повышения эффективности оборудования.

МАТЕРИАЛЫ. Отладка и доводка элементов электроприводов требует многочисленных испытаний на исследовательских стендах с применением измерительных каналов и аналогово-цифрового преобразования (АЦП), цифро-аналогового преобразования (ЦАП), цифро-цифрового преобразования (ЦЦП).

РЕЗУЛЬТАТЫ. Создание исследовательских стендов подразумевает разработку аппаратно-программного комплекса (АПК) на основе быстродействующих вычислительных устройств. В состав АПК вошел разработанный преобразователь частоты с возможностью корректировки алгоритмов управления электродвигателем и математической модели самого электродвигателя. Объектом экспериментальных исследований являлись опытные образцы электроприводов на основе асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и комбинированной обмоткой статора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В статье рассматриваются способы организации измерительных и управляющих каналов измерительно-информационной системы исследовательского стенда, позволяющего проводить исследования образцов асинхронных электродвигателей в режимах работы на холостом ходу и под нагрузкой.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1998-9903 (Print)
ISSN 2658-5456 (Online)