ro en

Электронный журнал №1(33) 2017

"ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ"

СОДЕРЖАНИЕ

0	ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
1	Анализ процессов ограничения токов короткого замыкания трансформатором с высокотемпературными сверхпроводящими обмотками Авторы: Манусов В.З., Павлюченко Д.А., Ахьёев Дж.С. Новосибирский государственный технический университет Новосибирск, Российская Федерация
	Аннотация: Важным преимуществом трансформаторов с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой является способность ограничения ими тока короткого замыкания в аварийных режимах сети. В работе предложена физико-математическая модель для анализа переходных процессов при токах короткого замыкания в электрических сетях, содержащих трансформаторы с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой. Одной из главных идей и целей настоящей работы является исследование процесса ограничения тока короткого замыкания при помощи трансформатора с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой, что позволяет совместить в одном устройстве два последовательно включенных элемента: трансформатор и реактор. Эффективность такого способа ограничения токов короткого замыкания обусловлена тем, что при токах короткого замыкания превышается критическое значение температуры сверхпроводниковой обмотки, и она переходит в обычное состояние с высоким сопротивлением обмотки для токов короткого замыкания. Важно знать, когда сверхпроводник переходит в нормальное состояние при утрате сверхпроводимости. Для этой цели была разработана программа по определению количества тепла, выделяемого при протекании тока короткого замыкания до его отключения. Для трансформатора с высокотемпературной сверхпроводниковой обмоткой мощностью 40 МВА короткое замыкание должно быть устранено через 0,1 секунды без отключения трансформатора. Для ограничения тока короткого замыкания предполагается использовать гибридную обмотку. Выполненные исследования показали, что возвращение обмотки в сверхпроводящее состояние, прежде всего, зависит от соотношения токов короткого замыкания и рабочего тока. Это является критерием возврата/невозврата в сверхпроводящее состояние.
	Ключевые слова: трансформатор, сверхпроводниковая обмотка, энергоэффективность, реактор, предаварийный режим, потери мощности, ограничение, токи короткого замыкания. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193551
2	Нелинейные законы регулирования электропривода с разомкнутыми обмотками асинхронного электродвигателя на базе четырех ШИМ-инверторов Авторы: Олещук В.И. Институт энергетики Академии наук Молдовы Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Предложена модифицированная схема синхронной векторной модуляции сигналов автономных инверторов напряжения системы шестифазного электропривода с разомкнутыми обмотками асинхронного электродвигателя, позволяющая обеспечить различные нелинейные режимы регулирования системы в зависимости от вида и типа нагрузок на валу электродвигателя. Проанализированы и сопоставлены алгоритмы непрерывной и прерывистой модифицированной векторной модуляции. Выполнено моделирование процессов в многофазной (шестифазной) преобразовательной системе с модифицированной схемой синхронной векторной модуляции, проведена интегральная оценка гармонического состава фазных напряжений в системе.
	Ключевые слова: многофазный электропривод переменного тока, силовые электронные преобразователи, стратегии управления и модуляции. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193553
3	Оптимизация коэффициентов трансформации c применением алгоритмов направленного перебора и роевого интеллекта Авторы: Манусов В.З., Матренин П.В., Орлов Д.В. Новосибирский государственный технический университет Новосибирск, Россия
	Аннотация: В работе рассмотрена задача оптимизации положений анцапф трансформаторов системы электроснабжения для снижения потерь мощности. В настоящее время применяются методы, основанные на эвристических правилах и нечеткой логике или методы, оптимизирующие части системы по-отдельности. Первый подход требует специальных экспертных знаний о процессах в сети. Вторая группа методов не способна полностью учесть взаимосвязи всех частей электросети, при том что изменения одного сегмента влияют на всю систему. Оба подхода сложны в применении и требуют подстройки под решаемую задачу. Целесообразно использовать алгоритм, который способен учитывать сложные взаимосвязи оптимизируемых переменных и самостоятельно адаптироваться под решаемые задачи. К таким алгоритмам относятся стохастические алгоритмы роевого интеллекта. Их главными особенностями являются самоорганизация, позволяющая им автоматически адаптироваться под условия решаемых задач, и возможность эффективно выходить из локальных экстремумов. Таким образом, они не требуют специальных знаний о системе, в отличие от методов нечеткой логики. При этом способны эффективно находить близкие к оптимальным решения, а их сходимость к глобальному оптимуму задачи математически обоснована, в отличие от жадных эвристик. В данном исследовании применен алгоритм роя частиц. Эксперименты проводились на модели системы электроснабжения Таджикистана. Было показано, что алгоритм роя частиц значительно эффективнее жадных эвристических алгоритмов, более гибкий и простой в применении, чем правила, основанные на нечеткой логике. Алгоритм роя частиц позволил снизить потери с 48.01 МВт до 45.83 МВт (4.5%) для рассматриваемой системы. При этом эффект от применения жадных эвристик или нечеткой логики почти в 2 раза меньше (2.3%). Кроме того, эксперименты показали, что правильный выбор ограничения скорости частиц позволяет добиться дополнительного повышения качества решений.
	Ключевые слова: комбинаторная оптимизация, интеллектуальные системы электроснабжения, трансформатор, потери активной мощности, направленный перебор, роевой интеллект. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193561
4	Признаки аварийных режимов в цепях дифференциальных защит силовых трансформаторов Глазырин В.Е., Литвинов И.И. Авторы: Глазырин В.Е., Литвинов И.И. Новосибирский государственный технический университет (НГТУ) Новосибирск, Россия
	Аннотация: Целью работы является исследование характера изменения мгновенных значений дифференциального тока в цепях дифференциальной защиты силового трансформатора в режиме броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора под напряжение и в режиме короткого замыкания в зоне действия защиты. Насыщение измерительных трансформаторов тока в переходном процессе приводит к искажению сигналов в их вторичных обмотках, что при использовании традиционных защитных алгоритмов может обусловить длительную задержку в отключении защищаемого объекта и развитие аварии в энергосистеме. Учёт же особенностей изменения мгновенных значений дифференциального тока при построении алгоритма защиты позволяет с максимальным быстродействием распознать аварийные режимы до момента первого насыщения электромагнитных трансформаторов тока и тем самым избежать задержки в срабатывании защиты. Для быстрого и корректного распознавания режимов работы силового трансформатора предлагается контролировать максимальное значение производной дифференциального тока и длительность его монотонного изменения с момента начала переходного процесса, так как проведённые в работе исследования показывают, что контролируемые параметры в аварийном и нормальном режиме работы силового трансформатора могут существенно различаться. Показано, что совместное применение традиционных алгоритмов защиты и предложенной методики позволяет повысить быстродействие защиты в максимальных и минимальных режимах работы энергосистемы. Для исследования режимов броска тока намагничивания и короткого замыкания в зоне защиты использовалось математическое моделирование.
	Ключевые слова: релейная защита, дифференциальная защита силового трансформатора, бросок тока намагничивания, переходные процессы, моделирование, признаки аварийных режимов. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193570
5	Идентификация электрических параметров синхронного генератора при включении в распределительную сеть Авторы: Фролов М. Ю., Фишов А. Г. Новосибирский государственный технический университет Новосибирск, Российская Федерация
	Аннотация: В связи с современными тенденциями в сетях с распределённой малой генерацией предполагается реализовать открытую сетевую архитектуру. Это означает, что активные потребители, владельцы распределённых энергетических установок, в том числе и мобильных, должны иметь свободный доступ в сеть, такой же свободный как при использовании сети интернет. Для подобных систем предполагается использование децентрализованного автоматического управления, поэтому появляется необходимость в plug and play технологиях, благодаря которым система будет сама определять вид подключаемого оборудования и его параметры, что позволит выдавать адекватные управляющие воздействия. В статье представлен новый метод идентификации параметров синхронного генератора при включении его в сеть. В качестве примера выполнено моделирование в Matlab Simulink процессов при включении генератора в сеть. Полученные осциллограммы токов и напряжений обмоток статора машины, ток в обмотке возбуждения и скорость вращения ротора использованы предложенным методом обработки для определения (идентификации) электрических параметров синхронного генератора. Даны рекомендации для повышения точности идентификации параметров.
	Ключевые слова: синхронный генератор, идентификация параметров, распределительная сеть, цифровое моделирование, обработка осциллограмм. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193576
6	Метод оптимизации режима работы гидроэлектростанции для группового регулятора активной мощности Авторы: Глазырин Г.В. Новосибирский государственный технический университет Новосибирск, Россия
	Аннотация: В статье рассмотрены вопросы оптимизации энергетических режимов агрегатов гидроэлектростанций. Предложен новый метод расчета оптимального распределения активной нагрузки между генераторами, основанный на использовании зависимостей удельного прироста расхода воды от мощности. Оптимальное распределение находится путем решения нелинейного уравнения, описывающего равенство суммарной мощности агрегатов и заданной мощности станции при одинаковых удельных приростах расхода для всех турбин. В отличие от традиционного способа решения задач оптимизации, решение уравнения производится без учета допустимых диапазонов мощностей агрегатов. Вместо этого, в случае выхода расчетной мощности какого-либо агрегата за допустимый диапазон, производится повторное вычисление распределения между остальными агрегатами. Разработан алгоритм расчета оптимального распределения мощности для микропроцессорных устройств. Предложенный алгоритм внедрен в групповом регуляторе активной мощности Новосибирской гидроэлектростанции. Анализ работы группового регулятора показал, что применение предложенного метода позволяет определять оптимальное распределение нагрузки на каждом шаге управления с достаточной точностью.
	Ключевые слова: гидроэлектростанция, активная мощность, групповой регулятор, гидротурбина, расход воды, сороудерживающие решетки. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193581
7	ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА
8	Повышение экологической безопасности, надёжности и экономичности пылеугольных котлов Авторы: Волков Э.П.1, Архипов А.М.2, Прохоров В.Б.2, Чернов С.Л.2 1ОАО Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского 2Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» Москва, Россия
	Аннотация: Показано, что изменения природоохранного законодательства РФ приведут к резкому возрастанию экологических платежей за загрязнение окружающей среды при превышении технологических нормативов. Наибольшие превышения по удельным выбросам оксидов азота имеют место при сжигании в котлах твердого топлива при жидком удалении шлака. Для обеспечения выполнения технологических нормативов и снижения экологических платежей в ближайшие годы предстоит реконструировать большое число котлов, что потребует значительных капитальных затрат. Целью настоящей статьи являлось разработка технических решений по малозатратной реконструкции котлов для обеспечения эффективного сжигания топлива и технологических нормативов выбросов оксидов азота. Показано, что применение прямоточных горелок с обязательной оптимизацией аэродинамики топки и организацией ступенчатого сжигания топлива позволяет обеспечить низкие выбросы оксидов азота и эффективное сжигание топлива. Исследования на физических моделях показали целесообразность увеличения угла наклона вниз пылеугольных горелок до 65-70о, а также было достигнуто более равномерное распределение и увеличение скорости струй, вытекающих из верхних и нижних вытянутых по вертикали отсеков сопл третичного воздуха за счет установки в отсеках вертикальных дополнительных листов, направляющих поток в межструйные пространства. Использование полученных результатов на действующих котлах позволяют осуществить перевод котлов с жидкого шлакоудаления на твердое с установкой прямоточных горелок и при оптимизации аэродинамики топки, что обеспечивает нормативы по эффективности и экологической безопасности, соответствующие наилучшим достигнутым технологиям, и резко сокращает экологические платежи. Сформулированы основные положения для организации эффективного сжигания топлива с низкими выбросами оксидов азота при применении прямоточных горелок и сопл. В качестве примера показано, что применение предлагаемой технологии на котле БКЗ-210-140Ф позволило снизить выбросы оксидов азота более чем в 2 раза при сжигании высокореакционного кузнецкого угля.
	Ключевые слова: наилучшие доступные технологии, котлы, прямоточные горелки, оксиды азота, сжигание угля. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193587
9	Моделирование рабочих процессов в топке парового водотрубного котла с целью снижения выбросов оксида азота Авторы: 1Редько А.А., 1Давиденко А.В., 1Павловский С.В., 1Куликова Н.В., 1Павловская А.А., 2Редько И.А. 1Харьковский национальный университет строительства и архитектуры 2Харьковский национальный университет городского хозяйства им. А.М. Бекетова Харьков, Украина
	Аннотация: Приведены результаты численного исследования процессов сжигания газообразного топлива в топке парового водотрубного котла ДЕ-10/14. Горелочное устройство ГМГ-7 производительностью 728 м3/ч природного газа обеспечивает вихревой короткий и широкий факел. Топливовоздушная смесь образуется путём предварительного смешения 15% части воздуха, с первичным коэффициентом крутки горелки n=2,4, и вторичным коэффициенте крутки горелки n=1,6, и коэффициентом избытка воздуха αв=1,10. В результате исследований определены распределения температуры и скорости газов в топочном объёме, плотности тепловых потоков на экранные трубчатые поверхности, концентрации компонентов горения. Результаты численного исследования показывают, что размещение вторичного излучателя обеспечивает более равномерное температурное поле по длине топки и более низкое значение температуры в объёме топке, а реверсивное движение продуктов сгорания к фронту горения обеспечивает снижение концентрации оксидов азота до 123-125 мг/м3 на выходе из топки.
	Ключевые слова: водотрубный котёл, топка, оксид азота, вторичный излучатель, численные исследования. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193591
10	Энергетическая и экономическая эффективность применения газотурбинных установок и тепловых насосов для систем энергоснабжения в арктических регионах России Авторы: Суворов Д.М., Татаринова Н.В., Крупин Д.Ф., Суворова Л.A., Байбакова Т.В., Вятский Государственный Университет, Киров, Российская Федерация
	Аннотация: . Неоднозначность имеющихся в литературе данных об эффективности разных вариантов систем энергоснабжения в условиях сурового климата определяет актуальность данного исследования. Целью статьи является оценка энергетической и экономической эффективности энергоснабжения вахтового поселка, расположенного в арктических регионах России, с применением в качестве источников электро- и теплоснабжения когенерационных газотурбинной установки и микрогазотурбинной установки, а в качестве источников теплоснабжения также газовой котельной и парокомпрессионной теплонасосной установки. При расчетах использованы созданные авторами математические модели этих установок. Расчеты проведены по характерным годовым графикам электрических и тепловых нагрузок объекта энергоснабжения с учетом климатических условий при условии использования в качестве топлива природного газа. В результате расчетов выявлены показатели эффективности установок рассмотренных видов в зависимости от эффективности производства замещаемой электроэнергии и соотношения стоимости электроэнергии, тепловой энергии и газа, определен энергетический (по расходу природного газа) и экономический эффект от их применения, а также сроки окупаемости инвестиций. Определено, что при наличии природного газа как основного топливного ресурса грунтовые парокомпрессионные теплонасосные установки в условиях российского Севера при работе по характерным температурным графикам систем теплоснабжения энергетически и экономически неэффективны. Результаты работы могут быть использованы при разработке проектов энергоснабжения объектов в условиях сурового климата, а также при исследовании эффективности систем энергоснабжения.
	Ключевые слова: котельная, когенерация, эффективность, газотурбинная установка, теплонасосная установка, микротурбинная установка, срок окупаемости, энергоснабжение, себестоимость. DOI: https:// doi.org/10.5281/zenodo.1193600
11	Последние разработки солнечных абсорбционных холодильных систем и систем кондиционирования воздуха Авторы: Дорошенко А.В., Антонова А.Р., Людницкий К.В., Иванова Л.В. Институт холода, криотехнологий и экоэнергетики Одесская национальная академия пищевых технологий, Одесса, Украина
	Аннотация: Целями исследования были: разработка новых схемных решений для альтернативных холодильных систем, основанных на использовании открытого абсорбционного цикла и солнечной энергии для регенерации раствора абсорбента, оценка энергетических и экологических характеристик разработанных систем, получение экспериментальных данных для оценки принципиальных возможностей, предложенных новых солнечных систем кондиционирования воздуха. Предложен многоступенчатый принцип построения осушительного и охладительного контуров с возрастанием концентрации абсорбента по ступеням охладителя. Разработан абсорбер с внутренним испарительным охлаждением, позволяющий усовершенствовать схему альтернативной холодильной системы. На основе полученных экспериментальных данных выполнен анализ принципиальных возможностей разработанных солнечных систем кондиционирования воздуха, который показал, что созданные системы: обеспечивают получение требуемых комфортных параметров в помещении без привлечения традиционной холодильной техники; позволяют использовать только одно- либо двухступенчатым вариантом холодильной системы для условий Украины и Европы. В сравнении с традиционными парокомпрессионными системами, разработанные солнечные системы обеспечивают значительное снижение энергозатрат (до 30%), их использование приводит к уменьшению истощения природных ресурсов, меньше влияет на глобальное изменение климата.
	Ключевые слова: : солнечные системы, осушение воздуха, тепло-массообменная аппаратура, пленочные течения, абсорбция, десорбция, испарительное охлаждение. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193608
12	Система автоматической стабилизации давления перед испарителями в многофункциональном тепловом насосе Авторы: Шит М.Л., Журавлев А.А. Институт энергетики АН Молдовы Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: Объектом исследования является многофункциональный тепловой насос с несколькими испарителями и конденсаторами для одновременного обеспечения технологических процессов теплом и холодом. Целью работы является разработка и исследование режимов работы системы автоматического управления давлением в гидравлических цепях конденсаторов и компрессоров методом математического моделирования. Разработана схема, обеспечивающая минимальные значения пульсаций давления перед испарителями. Стабилизация давления осуществляется путем использования регулирующих клапанов тонкой и грубой регулировки в гидравлических цепях конденсаторов и компрессоров с одновременным регулированием давления после статического смесителя потоков. Предложенная система управления позволяет скомпенсировать падение давления хладагента перед испарителями, возникающее из-за смешения хладагента, выходящего из двух каналов после регулирующих клапанов соответствующих газоохладителей и снизить пульсации давления перед испарителями. В системе регулирование расхода предусматривается использование компрессоров с регулируемыми приводами, установленных в линиях питания каждого из конденсаторов. Такое решение позволило упростить систему управления тепловым насосом за счет того, что отпала необходимость в согласовании регулирующих клапанов давления и расхода в каждой линии, и появилась возможность регулирования расхода в линии в более широком диапазоне. Разработана математическая модель статического смесителя потоков после регулирующих клапанов давления, в которой отражен нестационарный характер этого объекта, вызванный переменным режимом работы компрессоров, пульсациями давления после компрессоров, вариацией изменения плотности хладагента в линиях подачи хладагента от компрессоров. Предложена методология создания многофункционального теплового насоса на предприятиях, которая предполагает построение суточного графика изменения тепловой (холодильной) нагрузки каждого процесса обработки продукта теплом (холодом). Далее выбираются два процесса тепловой обработки и два процесса холодильной обработки, при тепловых режимах которых обеспечивается такое соответствие между тепловыми мощностями испарителей и конденсаторов теплового насоса, при котором может быть реализован максимальный СОР теплового насоса.
	Ключевые слова: тепловой насос, статический смеситель, математическая модель, моделирование, система управления, давление, регулирующий клапан. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193615
13	Технологии селективного подвода энергии при выпаривании пищевых растворов Авторы: Бурдо О.Г., Бурдо А.К., Сиротюк И.В.1, Пур Д.С.2 1Одесская национальная академия пищевых технологий Одесса, Украина 2Фирма “Davarrostamipour” Тегеран, Иран
	Аннотация: Цель исследований – создание инновационного выпарного оборудования, которое может производить концентраты с высоким содержанием сухих веществ, при низком уровне термического воздействия на сырье. Показана актуальность решения технологических проблем ключевого процесса пищевых технологий – концентрирования жидких растворов (соков, экстрактов, пр.). Анализируются энерготехнологии традиционных выпарных аппаратов. Формулируются проблемы и научные противоречия. Предлагается техническое решение, в основе которого гипотеза о возможности использования электромагнитных источников энергии для адресной доставки энергии непосредственно к влаге в растворе. Методами энергетического менеджмента показана перспективность такого вида энергетического воздействия. Представлены схемы конверсии энергии топлива при традиционной технологии термического концентрирования и инновационной установки на основе электромагнитных генераторов энергии. Рассмотрены параметрическая и теплофизическая модели процесса выпаривания в микроволновом вакуум-выпарном аппарате. Поставлена задача и проведено аналитическое моделирование теплового состояния элементов такого аппарата при воздействии электромагнитного поля. Методами теории подобия полученная модель трансформирована в критериальную, которая описывает кинетику процесса выпаривания в условиях электромагнитного поля. Безразмерная производительность аппарата выражена зависимостью от числа энергетического воздействия и безразмерного параметрического комплекса – относительного объемного влагосодержания. Приведена схема компьютеризированного стенда для исследования процесса выпаривания в микроволновом поле. Даны результаты экспериментального исследования процесса выпаривания сока. Показано, что технологии селективного подвода энергии являются эффективным инструментом совершенствования выпарных аппаратов для концентрирования соков. Основной результат работы определяется тем, что создан выпарной аппарат, который позволяет при температурах до 35 °С получать концентраты соков до °brix 95. А это в 2-3 раза выше, чем в традиционных технологиях.
	Ключевые слова: энергия, пищевые технологии, моделирование, концентрирование соков, выпарка, электромагнитный подвод энергии. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1193622