Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Design and simulation of a solar-wind stand-alone system with a seven-level inverter
Статья научная
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 applications. Reduced component losses and lower switching losses, as well as improved output voltage and current waveforms 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.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено применение MATLAB-моделирования с целью получения исходной информации для конструирования и разработки дизайна компенсированной системы электроснабжения буровой установки.
Бесплатно
MPPT for hybrid wind, solar and thermoelectric power generation systems for off-grid applications
Статья научная
Renewable energy resources for electrical generation are normally free but are not continuously available due to their sporadic availability. Thus, hybrid connections of various kinds of energy are made to increase utilization of renew-able energy. This paper involves a design of a hybrid renewable energy system employing maximum power point tracking (MPPT) techniques. The hybrid system consists of solar PV panels, a small-scale wind turbine, and a thermoelectric generator (TEG) module. Four MPPT techniques are examined in this research. They are the incremental conductance (IC) algorithm, fuzzy logic controllers (FLC) using 25 and 35 rules, and an interval type 2 fuzzy logic con-troller (IT2FLC). Each MPPT technique is tested in the system to determine which has the best maximum power tracking, stable operation, and efficiency. All of the studied energy resources are connected to a DC linked bus. The voltage of this bus is supplied to a three-phase inverter. Inverter output voltage is regulated for balanced and unbalanced loads. The generating capacity of the designed hybrid system is 5 kW and the system is simulated using MATLAB Simulink R2017a.
Бесплатно
Nondestructive testing method based on the spin polarization effect template
Статья научная
This paper proposes a novel nondestructive testing method for electrically conductive objects. It is based on applying a fundamentally new physical effect which has not been used before in nondestructive testing systems. The method utilizes spin polarization phenomena that occur when free electrons of conductive materials are exposed to an alternating electric field. Researchers experimented with wire and cable conductors. A tested cable was moving longitudinally and exposed to an alternating electric field, which excited a waveform process, i.e. the polarization of spin magnetic moments of free electrons. An induction sensor registered this process and generated a control signal: induction EMF. Its parameters were compared against that of a reference signal obtained in advance in the same way utilizing spin polarization phenomena. Parametric deviations were then used to detect and classify conductor defects. The paper describes how to generate a reference signal appropriate for the objectives of testing. The developed method enables nondestructive testing of objects made of any conductive para- and diamagnetic materials, while it accuracy and reliability are not affected by the magnitude or evenness of the object movement speed, nor by vibrations or transverse oscillations against the physical field source or the induction sensor.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке алгоритма автоматизированного расчета составляющих тока короткого замыкания и выбора и проверки выключателей высокого напряжения. Алгоритмы расчета составляющих тока короткого замыкания и проверки выключателей основаны на действующих руководящих указаниях. При разработке алгоритма проверки высоковольтных выключателей учтено затухание апериодической составляющей тока короткого замыкания. Для этого методом наименьших квадратов определены коэффициенты регрессионного уравнения, описывающего зависимость нормированной асимметрии отключаемого тока от времени расхождения контактов выключателя. Также в статье показано, что данное регрессионное уравнение оценивает нормированную асимметрию с погрешностью, не превышающей 5 %. Авторами разработан алгоритм, позволяющий на основе данных о величине периодической составляющей тока короткого замыкания на шинах подстанции, классе напряжения ее распределительных устройств и мощности силовых трансформаторов осуществить выбор и проверку выключателей и отличающийся возможностью экспорта номинальных параметров электрооборудования из встроенной в САПР базы данных. Данный алгоритм реализован в САПР понизительных подстанций, позволяющей автоматизировать выполнение проекта электрической части понизительных подстанций и на основе технического задания получить комплект проектной документации с технико-экономическим обоснованием принятых решений.
Бесплатно
Статья научная
При близких от шин электростанций коротких замыканиях в энергосистеме существенно снижается напряжение на выводах синхронных генераторов. При этом тиристорные системы самовозбуждения с нормируемыми алгоритмом и параметрами режима форсировки в ряде случаев не могут провести форсировку, поднимая напряжение и ток возбуждения. Возникает лавина напряжения, генератор теряет возбуждение и отключается. В системах возбуждения с микропроцессорным управлением несложно изменить параметры алгоритма процесса форсировки. Поэтому представляет интерес определить, нельзя ли, сделав кратность форсировки по току выше двукратной, а в будущем адаптивной к результирующему импедансу энергосистемы при коротком замыкании, сохранить генератор в энергосистеме. В статье для генераторов различной мощности, работающих с системами возбуждения разных типов, исследованы зависимости напряжения на выводах генератора от результирующего импеданса энергосистемы при коротком замыкании при разных кратностях форсировки по току. Показана целесообразность изменения кратности и длительности форсировки по току, позволяющие расширить зону, при коротких замыканиях в которой не возникает лавина напряжения и генератор не теряет возбуждение. Изменение кратности форсировки генераторов по сравнению с типовой позволит повысить надежность электростанций и энергосистемы в целом.
Бесплатно
Адаптивные токовые защиты от замыканий на землю в электроустановках 6-10 кВ и опыт их применения
Статья научная
Рассматриваются алгоритмы функционирования и структуры отдельных устройств централизованной и управляемой токовой защиты от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ и результаты их опытной эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Внедрение САПР в процесс проектирования электрической части подстанций значительно сокращает время, затрачиваемое проектировщиком на решение рутинных задач. В работе описан алгоритм автоматизированного выбора схемы открытого распределительного устройства напряжением 35-220 кВ, реализованный в программном обеспечении «ОРУ CAD». Предложенный авторами алгоритм осуществляет выбор схемы распределительного устройства на основе действующей нормативной документации и норм проектирования. Кроме этого предлагаются альтернативные варианты, удовлетворяющие части условий, для их последующего сравнения по критериям надежности и приведенным затратам. В алгоритме при выборе схемы учтены такие факторы, как класс напряжения и число присоединений, тип подстанции, число нерезервированных присоединений и необходимость в системе плавки гололеда на линиях электропередачи. Кроме этого для тупиковых подстанций учтено наличие возможности передачи сигнала релейной защиты на выключатель со стороны источника питания и наличие тупиковых подстанций на питающей линии электропередачи. Для проходных подстанций учтена возможная необходимость в частой коммутации силовых трансформаторов. Описанное в работе программное обеспечение может быть использовано в качестве автоматизированного рабочего места инженера-проектировщика электрической части подстанций.
Бесплатно
Статья научная
В задачах электроэнергетики интересующие нас параметры стационарных режимов, электрические величины при повреждениях, уставки релейной защиты и т. д. являются функциональными зависимостями многих аргументов. 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 при решении классическими статистическими методами, что не имеет должного полного решения. В статье приводятся разработанные алгоритмы применения численного вероятностного метода селекции границ входных и выходных данных для определения законов распределения вероятностей параметров режимов и электрических величин в установившемся режиме и сверхпереходный момент при повреждениях. Особенностью алгоритмов является использование генеральной совокупности случайных аргументов, состоящей из квантилей дискретных порядков. Таким образом, количество вариантов генеральной совокупности случайных аргументов может быть существенно сокращено, но точность формирования вероятностных характеристик неизменна. Поставленные задачи были решены 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. Определение вероятностных характеристик электрических зависимостей в недетерминированной форме позволяет проводить практику расчетов в электроэнергетике и электротехнике, когда полученные результаты становятся полными и гарантированными, что позволяет объективно и надежно проводить оптимизацию и оценку истинности рисков и прогнозов. Также программная реализация алгоритмов позволит решить ряд практических задач, таких как определение законов распределения вероятностей рисков перегрузки, аварийной потери и разрушений.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена обоснованию актуальности защиты воздушной линии электропередач от обледенения и анализу используемых в настоящее время на практике или находящихся на стадии подтверждения эффективности и отработки технологий применения методов устранения льда на проводах. Также в статье в общем виде предложена методика, позволяющая определить оптимальные значения термоэлектроволокна в рамках общей задачи оптимизации воздушной линии электропередач. Результаты оптимизации будут являться основными для формирования требований к термоэлектроволокну при решении проблемы защиты воздушной линии электропередач от обледенения. Использование описанной в статье методики планируется в ходе дальнейших исследований по обоснованию и разработке системы защиты воздушной линии электропередач от обледенения на основе применения термоэлектроволокна.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводится модернизация алгоритма расчета дополнительных потерь мощности в электрических сетях в несинусоидальных нестационарных режимах. Основой метода является математический аппарат вейвлет-преобразования. Отличием от ранее существующих методов является предварительный выбор оптимальной вейвлет-функции по условию энергии спектра гармонической группы. В работе предложено совместить гармонические и интергармонические группы, определенные в действующей нормативно-технической документации с полосой пропускания вейвлет-функции. Вторым определяющим фактором при выборе оптимальной вейвлет-функции является минимальное среднеквадратичное отклонение исходного и восстановленного сигнала. Предложенный алгоритм позволяет для нестационарных режимов определять действующие значения высших гармоник и интергармоник, а также длительность (время) присутствия высокочастотных компонент в сигнале тока. Полученные величины необходимы для расчета дополнительных потерь мощности и энергии в токоведущих частях. Повышение точности расчета потерь при несинусоидальных нестационарных режимах позволит корректировать технико-экономические обоснования внедрения устройств для фильтрации высших гармоник и интергармоник.
Бесплатно
Алгоритмы защиты трансформатора для выявления внутренних коротких замыканий
Статья научная
В статье приводится описание защиты, основанной на модели трансформатора. Описанная авторами защита не требует расчетов и не зависит от режима работы энергосистемы. При этом чувствительность защиты обеспечивает обнаружение внутренних витковых замыканий и замыканий на корпус в силовом трансформаторе. В статье производится сравнение предложенного алгоритма с усовершенствованной версией дифференциальной защиты, способной фиксировать большую часть внутренних замыканий трансформатора.
Бесплатно
Алгоритмы интеллектуального управления режимом распределительной сети
Статья научная
Рассмотрены алгоритмы анализа режима и реконфигурации распределительных сетей с установками малой генерации. Алгоритмы, учитывающие разомкнутый характер сети, строятся по методу вторых адресов. Для оценивания состояния сети по оперативной информации от устройств телемеханики и реклоузеров использован метод случайного поиска.
Бесплатно
Алгоритмы оптимальной реконфигурации распределительной сети
Статья научная
Предложены алгоритмы поиска оптимальной эксплуатационной схемы для использования в системе мультиагентного управления распределительными сетями. Алгоритмы, учитывающие разомкнутый характер сети, строятся по методу вторых адресных отображений. В качестве критерия оптимизации могут использоваться потери энергии, отклонения напряжения или их комбинация.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности работы сильноточных тиристорных преобразователей систем самовозбуждения синхронных генераторов при отказах параллельных вентилей. Показаны возможные функциональные ограничения и недостатки в их работе в случае коротких замыканий в энергосистеме. Предложены алгоритмы управления сильноточными тиристорными преобразователями, расширяющие функциональные возможности систем самовозбуждения при отказах параллельных вентилей и обеспечивающие режим форсировки при внешних коротких замыканиях генератора.
Бесплатно
Алгоритмы централизованных комплексов релейной защиты и автоматики
Статья научная
Разработаны алгоритмы для цифрового микропроцессора, выполняющего функцию централизованного комплекса релейной защиты и автоматики (РЗиА). Работа алгоритмов реализована на компьютерной модели РЗиА двухтрансформаторной подстанции в среде LabVIEW. Исследованы режимы работы централизованного комплекса РЗиА.
Бесплатно
Амплитудные значения падающей и отраженной волн в линии электропередачи трехпроводного исполнения
Статья научная
Передача электрической энергии по линиям электропередачи (ЛЭП) обеспечивается волнами электромагнитного поля. По ЛЭП трехпроводного исполнения передача электрической энергии обеспечивается тремя парами волн электромагнитного поля: тремя падающими и тремя отраженными. Амплитуды этих волн определяют величины напряжений и токов в линиях электропередачи. Сформирована схема распределения амплитудных значений падающих и отраженных волн электромагнитного поля по линейному проводу однородного участка ЛЭП трехпроводного исполнения. Она свидетельствует о том, что величины амплитудных значений волн электромагнитного поля определяют постоянные интегрирования. По схеме распределения амплитудных значений волн электромагнитного поля по линейному проводу ЛЭП трехпроводного исполнения видно, что на величины напряжений и токов в этом проводе существенное влияние оказывают соседние токоведущие части. Эта схема дает реальную возможность определения численных значений постоянных интегрирования. С помощью этих величин при известных постоянных распространения электромагнитных волн по линейным проводам ЛЭП и соответствующих волновых сопротивлений можно получить представление об амплитудных значениях падающих и отраженных волн вдоль всей линии электропередачи. Результаты описываемого здесь исследования могут быть использованы на стадии проектирования, реконструкции и эксплуатации ЛЭП трехпроводного исполнения для прогнозирования напряжений и токов на различных участках линии электропередачи. Прогнозирование амплитудных значений падающих и отраженных волн электромагнитного поля в линейных проводах двухцепной ЛЭП позволит детально проанализировать напряжения и токи на однородном участке линии электропередачи. Применение предлагаемой методики возможно и в условиях пониженного качества электрической энергии.
Бесплатно
Анализ аварийности и травматизма в электроэнергетике Российской Федерации
Статья научная
Представлен анализ аварийности и производственного травматизма в электроэнергетике РФ - одной из важнейших характеристик профессионального риска здоровью работающих. Показано, что за период с 2014 по 2017 гг. количество аварий в генерирующих и сетевых компаниях в целом по стране уменьшалась, однако количество аварий в течение года остается значительным: сотни для генерирующих и тысячи для сетевых компаний. Динамика производственного травматизма за период с 2012 по 2017 гг. также имеет тенденцию к снижению. К основным видам происшествий в генерирующих организациях относятся падения работника с высоты менее 0,5 м, к основным видам происшествий в сетевых компаниях относится поражение электрическим током и (или) электрической дугой. Выявлен возрастной состав и квалификация пострадавших работников: мужчины и женщины от 50 до 59 лет, имеющие стаж работы в занимаемой должности более 10 лет. Проведенный анализ указывает на необходимость качественно новых мероприятий организационного и технического характера, которые бы позволили более эффективно обеспечивать снижение аварийности и травматизма в электроэнергетике. Проведен анализ имеющихся на рынке AR-устройств. Выбрано AR-устройство для повышения безопасности в электроэнергетике РФ.
Бесплатно
Статья научная
В рамках данного исследования выполнен анализ зависимости относительных действующих значений суммарных чётных и нечётных гармоник токов и напряжений электрических дуг дуговой сталеплавильной печи от величины тепловой постоянной времени дуги, вентильного эффекта, а также несимметричных режимов. С использованием математической модели электрического контура печи теоретически обоснована эффективность применения информации о чётных гармониках для решения задач диагностики стадии плавления шихты на начальной стадии расплавления и нечётных гармониках на стадии доводки. На базе полученных в ходе математического моделирования результатов сформированы рекомендации по формированию структуры блока диагностики стадии плавления металлошихты в составе системы управления электрическим режимом в зависимости от типа электросталеплавильного агрегата. Полученные результаты обладают потенциалом к применению в исследованиях, направленных на разработку усовершенствованных алгоритмов управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь с целью снижения энергозатрат на производство жидкой стали.
Бесплатно
Анализ и расчет пропускной способности воздушных линий электропередачи
Статья научная
Система транспорта электрической энергии является важнейшей составляющей электроэнергетической системы. Модернизация, оптимизация ее работы, увеличение пропускной способности, а также вариативность схем подключения при условии поддержания или повышения показателей надежности является архиважной задачей всей энергетической отрасли. Статья посвящена разработке схемно-технического решения для двухцепной трехфазной линии электропередачи с определением нового режима ее работы - «с расщепленной резервной фазой». Дается характеристика традиционным и нетрадиционным видам электропередачи переменного тока, таким как воздушные линии с резервной фазой, шестифазные линии электропередачи и управляемые линии электропередачи (FACTS). Приводится анализ путей повышения эффективности воздушных линий электропередачи, применяющих структурное и функциональное резервирования. Подробно рассмотрено схемно-техническое решение для двухцепной линии электропередачи с расширением режимов работы. Описаны возможные режимы работы двухцепных линий электропередачи. Рассмотрены пути повышения натуральной мощности линии электропередачи. Приведены результаты расчета пропускной способности линий с расщепленной резервной фазой и проведен сравнительный анализ пропускной способности воздушных линий электропередачи в режиме с расщепленной резервной фазой с линиями в традиционном исполнении.
Бесплатно
