ro en

Электронный журнал №1(45)2020

" ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ"

СОДЕРЖАНИЕ

1	Моделирование электромагнитных процессов при работе силовых трансформаторов под нагрузкой и в режиме холостого хода Авторы: Ярымбаш Д.С., Коцур М.И., Ярымбаш С.Т., Килимник И.М. Национальный университет «Запорожская политехника» Запорожье, Украина
	Аннотация: При конструкторской подготовке производства силовых трансформаторов для расчета проектных данных широко применяются схемные модели, которые не отображают в полном объёме особенности конструктивного строения трансформатора и пространственного преобразования энергии. Это приводит к существенному росту погрешности проектных расчетов и расчетов параметров намагничивания при работе трансформаторов под нагрузкой, особенно, в сетях с альтернативной генерацией электрической энергии. Поэтому целью работы является оценка влияния особенностей конструкции и нелинейных характеристик электротехнической стали на параметры намагничивания при изменениях нагрузки трансформатора. Для достижения поставленной цели предлагается усовершенствованная модель электромагнитных процессов в нагруженных силовых трансформаторах. Её научная новизна заключается в сопряжении схемных моделей внешней сети и сети потребителя с пространственной моделью магнитного поля в трансформаторе. При работе трансформатора под нагрузкой токи намагничивания также, как и токи холостого хода, характеризуются асимметричностью и несинусоидальностью. Снижение нагрузки трансформатора от номинального режима до режима холостого хода усиливает эти эффекты, поэтому действующие значения токов намагничивания увеличиваются в разных интервалах: (1,066 %; 1,161 %) – для фазы А, (1,275 %; 1,303 %) – для фазы В и (1,187 %; 1,308 %) – для фазы С. Использование данных сопряженных схемных моделей и модели магнитного поля для соотношений и коэффициентов параболической и полиномиальной регрессии обеспечивает высокую точность расчетов параметров намагничивания при различных режимах нагрузки трансформатора: погрешность расчетов энергии магнитного поля не превышает 0,321 %, токов намагничивания – 0,217 %. Рассмотренные модели могут применяться для проектирования силовых трансформаторов с близкими паспортными данными холостого хода и короткого замыкания, а также для расчета данных и характеристик для мониторинга трансформаторов в эксплуатации.
	Ключевые слова: трехфазный трансформатор, номинальный режим, схемные модели, модель магнитного поля, метод конечных элементов, энергия магнитного поля, токи намагничивания, гармонические составляющие, уравнения регрессии. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3713396
2	Активное экранирование магнитного поля воздушных линий электропередачи с треугольным расположением фазных проводов Авторы: Кузнецов Б.И., Никитина Т.Б., Бовдуй И.В. Государственное учреждение «Институт технических проблем магнетизма НАН Украины» Харьков, Украина
	Аннотация: Целью работы является синтез робастной комбинированной системы активного экранирования магнитного поля, генерируемого воздушными линиями электропередачи с треугольным расположением фазных проводов предназначенной для снижения индукции исходного магнитного поля в жилых помещениях до уровня санитарных норм и уменьшения чувствительности системы к изменениям параметров системы. Система активного экранирования является двухконтурной и содержит две экранирующие обмотки. Синтез системы сведен к решению многокритериальной стохастической игры, в которой векторный выигрыш вычисляется на основании решений уравнений Максвелла в квазистационарном приближении. Решение многокритериальной игры находится на основе алгоритмов оптимизации мультироем частиц из Парето оптимальных решений с учетом бинарных отношений предпочтения. Исходными параметрами для синтеза являются геометрические размеры, количество проводов и рабочие токи воздушной линии электропередачи, а также размеры экранируемого пространства. В результате синтеза определяется количество, конфигурация, пространственное расположение и токи экранирующих обмоток, параметры алгоритма работы робастной комбинированной системы активного экранирования магнитного поля, а также значения индукции результирующего магнитного поля в точках пространства экранирования. Новыми научными результатами являются теоретические и полевые экспериментальные исследования синтезированной двухконтурной системы активного экранирования магнитного поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи с треугольным расположением фазных проводов в зоне экранирования. Приводятся практические рекомендации по обоснованному выбору пространственного расположения двух экранирующих обмоток робастных систем активного экранирования магнитного поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи с треугольным расположением фазных проводов с учетом пространственно-временной характеристики магнитного поля. Показана возможность снижения индукции исходного магнитного поля до уровня санитарных норм. Установлено, что экспериментальные и расчетные значения индукции магнитного поля в пространстве экранирования различаются не более чем на 20 %.
	Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, треугольное расположение фазных проводов, магнитное поле, робастная система активного экранирования, теоретические и полевые экспериментальные исследования. DOI: 10.5281/zenodo.3713400
3	Характеристики статического преобразователя частоты, выполненного по схеме «зигзаг-треугольник» Авторы: Калинин Л.П., Зайцев Д.А., Тыршу М. С., Голуб И.В. Институт энергетики Кишинев, Республика Молдова Погорлецкий В.М., Калошин Д.Н. Приднестровский Государственный Университет им. Шевченко Тирасполь, Республика Молдова
	Аннотация: Объектом исследования является статический трансформаторный частотный преобразователь, который может быть использован для объединения параллельно работающих энергосистем, имеющих различные рабочие частоты, либо стандарты по поддержанию частоты. Целью работы является исследование режимных характеристик и оценка различных стратегий и законов управления предлагаемым устройством с точки зрения разработки методов и средств повышения качества передачи мощности по электрической связи, содержащей частотный преобразователь на основе ФРТ (фазорегулирующий трансформатор) с круговым вращением фазы выходного напряжения относительно входного, выполненного по схеме «зигзаг-треугольник» и управляемого силовыми ключами. Для достижения поставленной цели предложено секционирование обмоток управления, обеспечивающее 48-позиционное с дискретностью 2,5°, и 24-позиционное с дискретностью 5° переключения в каждом 120°-ом секторе «грубого» регулирования. Были построены структурно-имитационные модели и проведены расчетные эксперименты для электрической связи, объединяющей две энергосистемы с частотами 60 и 50 Гц и 50 и 49,6Гц соответственно. Наиболее существенными результатами являются: новый схемный вариант частотного преобразователя, различных стратегий управления процессом преобразования. Двухканальный преобразователь частоты позволяет снизить в 2 раза количество ключей (переключений) «грубого» регулирования, которые переключаются не через 60° как в устройствах исследованных авторами работы ранее, а через 120 градусов. Секционирование обмотки и закон переключения на 48 позиций позволили уменьшить шаг переключения с 5 градусов (при переключении на 24 позиции) до 2,5 градусов, что дало возможность улучшить качество преобразования. Значимость полученных результатов состоит в том, что при регулировании количество последовательно включенных ключей в работе всегда остается равным 4 вне зависимости от числа ступеней регулирования, что может существенно улучшить показатели надежности работы системы управления.
	Ключевые слова: межсистемная связь, статический преобразователь частоты, фазорегулирующий трансформатор, девиация активной мощности, коэффициент нелинейного искажения по току. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3713403
4	Расчет электростатического поля в неоднородных структурах Авторы: Берзан В. П., Институт Энергетики, Пацюк В. И., Рыбакова Г. А., Государственный Университет Молдовы, Кишинэу, Республика Молдова; Порумб Р., Постолакe П. Бухарестский Политехнический Университет, Бухарест, Румыния
	Аннотация: В статье рассматривается новый подход применения метода конечных объемов при определении распределения электрического поля в неоднородных структурах. Сетка для численных расчетов трехмерного электрического поля строится с использованием концепции триангуляции Делоне и ячеек Вороного. Цель исследований - упростить и упорядочить алгоритм расчета распределения электрического поля в неоднородных структурах. Предложенный алгоритм является надежным для расчета потенциала и напряженности электрического поля в неоднородных структурах при произвольном распределении потенциала напряжения. Разработанный алгоритм в процессе вычислений обеспечивает хранение только ненулевых значений элементов матриц в памяти компьютера. Метод конечных объемов сохраняет все преимущества метода конечных разностей. По сравнению с методом конечных элементов алгоритм построения конечно-разностных отношений является более простым. В этом случае нет необходимости строить матрицу локальной и глобальной жесткости для формирования системы решения уравнений для определения емкостных коэффициентов электрического поля. Для решения построенной системы уравнений используется итерационный метод сопряженных градиентов, которые очень быстро сходится для задач рассматриваемого типа. Выполнен численный расчет электрического поля в полом цилиндре с ограниченной высотой и в делителе напряжения изготовленый на основе микропровода в стеклянной изоляции. Расчитано распределение электрического поля в резистивного делителя напряжения из микропровода расположенного в электростатическом экране. Представлены результаты расчета, по которым оценивается влияние экрана на емкость делителя напряжения.
	Ключевые слова: потенциал, вектор интенсивности, емкостные коэффициенты, метод, конечный объем, сопряженные градиенты, делитель напряжения. DOI: 10.5281/zenodo.3723641
5	Методика оценки возможности перевода шестифазной ЛЭП в неполнофазный режим работы Авторы: Киорсак М.В., Туртурика Н.Н. Технический университет Кишинев, Республика Молдова
	Аннотация: В электроэнергетических системах в силу различных причин: коротких замыканий, обрывов фаз, плавки гололёда, пофазный ремонт высоковольтной линии электропередачи (ЛЭП) возникают перерывы в электроснабжение потребителей. Переключение линии с односторонним питанием в неполнофазный режим существенно увеличивает надежность электроснабжения потребителей. Особенно это эффективно для двухцепных ЛЭП. Для них всегда есть возможность сохранить из шести фаз хотя бы две фазы в работе для повышения пропускной способности. Среди различных вариантов двухцепных ЛЭП были предложены и так называемые самокомпенсирующиеся и управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи повышенной пропускной способности (СВЛ и УСВЛ). Целью работы является разработка методики расчета пропускной способности шестифазной ЛЭП на примере СВЛ и УСВЛ, которые работают в неполнофазном нагрузочном режиме. Для достижения поставленной цели использовалась методика, основанная на использование шести симметричных составляющих токов и напряжений СВЛ (УСВЛ) при различных несимметричных режимах и которая может быть распространена и применена в принципе к любым видам шестифазным ЛЭП, в частности, к двуцхцепным обычным ЛЭП. Аналогично общеизвестному методу трехфазных симметричных составляющих использованный для оценки возможности перевода трехфазной ЛЭП в неполнофазный режим, метод шестифазных симметричных составляющих позволяет существенно упростить расчёт. Наиболее важным результатом в данной работе является рассмотренная методика расчета электрических величин (токов и напряжений) при неполнофазном режиме СВЛ на основе граничных условий для участка повреждения ЛЭП. Значимость результатов состоит в получении эквивалентной комплексной схемы замещения для обрыва фазы в координатах шести симметричных составляющих, что позволяет найти токи (мощности) шестифазной ЛЭП и напряжения в узлах сети и оценить возможность её работы в неполнофазном режиме.
	Ключевые слова: самокомпенсирующиеся и управляемые самокомпенсирующиеся линии электропередачи, неполнофазный режим, шесть симметричных составляющих. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3723643
7	Численный анализ параметров лучистой системы отопления с излучающими панелями Авторы: Редько А.А., Куликова Н.В., Бурда Ю.А., Павловский С.В., Редько А.Ф., Пивненко Ю.А. Харьковский национальный университет строительства и архитектуры Харьков, Украина
	Аннотация: Основной целью работы является исследование радиационного и конвективного теплообмена в замкнутом объеме панельного излучателя для оценки возможности перевода коротковолнового излучения в рабочей зоне в комфортное длинноволновое. Поставленные цели были достигнуты за счет применения математической модели трехмерного нестационарного течения и сложного теплообмена в системе лучистого отопления, в которую положена система осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса, дополненная уравнением радиационного переноса. В данной работе приведены результаты численного анализа параметров лучистой системы отопления с излучающими панелями. Численно исследовалось влияние формы и размеров панели, материала поверхности и наличие теплоизоляции. Установлено, что устройство излучающих панелей снижает температуру поверхности до 450–500 ºC, но увеличение площади поверхности излучателя обеспечивает более равномерную интенсивность излучения по обогреваемой площади, не превышающую допустимую санитарно-гигиеническими требованиями. Определены геометрические размеры панельной системы и их соотношение. Установлено, что устройство панелей переводит параметры коротковолнового излучателя в режим более комфортного длинноволнового излучателя, наиболее эффективным излучателем является излучатель трапециевидной формы, выполненный из листовой стали толщиной 1 мм с теплоизолированной стенкой. Наиболее важным результатом является создание более равномерной плотности потока излучения при размещении дополнительных панелей вокруг высокотемпературного излучателя, достижение перевода коротковолнового излучения в рабочей зоне в комфортное длинноволновое. Значимость полученных результатов состоит в том, что результаты данных исследований могут быть применены на практике при проектировании и монтаже систем лучистого отопления различных зданий. Полученные в работе результаты показывают перспективность дальнейших теоретических и экспериментальных исследований по тематике, связанной с оптимизацией параметров лучистых систем отопления зданий промышленного и гражданского назначения.
	Ключевые слова: лучистое отопление, излучающие панели, система отопления, горелка инфракрасного излучения. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3713405
8	Исследование перспектив использования двухфазных гравитационных термосифонов в котлах-утилизаторах когенерационных установок Авторы: Долганов Ю.А., Епифанов А.А., Пацурковский П.А., Сорокина T.Н., Личко Б.М. Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова, Николаев, Украина
	Аннотация: Отсутствие экспериментальных данных по работе термосифонов в составе котлов-утилизаторов энергетических установок с газотурбинными двигателями (ГТД) мощностью от 2 до 10 МВт обусловливает актуальность данной работы. Целью работы является получение зависимостей для расчета внутреннего температурного перепада термосифонов при тепловых нагрузках от 0.5 до 17 кВт/м2. Поставленная задача достигается путем физического моделирования процесса теплообмена в полости термосифона в диапазоне тепловых нагрузок от 0.5 до 17 кВт/м2. Предметом исследования являются параметры и характеристики процесса утилизации теплоты в элементах термосифонных котлов-утилизаторов в составе теплоутилизационных контуров когенерационных газопаротурбинных установок (ГПТУ). Исследование внутреннего температурного перепада двухфазных гравитационных термосифонов при тепловых нагрузках до 17 кВт/м2 проводились экспериментальным путем. В работе представлена схема экспериментального исследовательского стенда. Наиболее существенными результатами работы являются полученные зависимости, которые позволяют осуществлять расчет внутреннего температурного перепада в диапазоне тепловых нагрузок от 0.5 до 17 кВт/м2. Представлена графическая зависимость температурного перепада в полости термосифона от плотности теплового потока. Рассчитана среднеквадратичная погрешность результатов экспериментальных исследований, которая не превышает 5.7 %. Значимость полученных результатов состоит в том, что существующая методика расчета была усовершенствована за счет полученных математических зависимостей расчета внутреннего температурного перепада, и стала применима для расчетов теплообменных аппаратов на базе двухфазных термосифонов, работающих в диапазоне тепловых нагрузок до 17 кВт/м2. Проведенные опыты подтверждают конкурентоспособность и высокую тепловую эффективность двухфазных гравитационных термосифонов в режимных условиях, характерных для котлов-утилизаторов когенерационных установок, что обусловливает перспективность их использования по сравнению с традиционными змеевиковыми поверхностями нагрева.
	Ключевые слова: двухфазный гравитационный термосифон, котел-утилизатор, плотность теплового потока, термическое сопротивление. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3713407
9	Комбинированная система теплоснабжения с ТЭЦ и локальными тепловыми насосами Авторы: Шит М.Л., Журавлев А.А. Институт энергетики, Кишинев, Республика Молдова Суворов Д. М., Сущих В.М. Вятский государственный университет, Киров, Российская Федерация
	Аннотация: Работа относится к задачам применения тепловых насосов в централизованных системах теплоснабже-ния. Целью исследования является повышение энергоэкономической эффективности комбинированных систем теплоснабжения с тепловыми насосами на природных хладагентах. Поставленная цель достига-ется за счет разработки схемы системы, в которой часть здания отапливается централизованно от ТЭЦ, а другая часть от теплового насоса, установленного в индивидуальном тепловом пункте здания, полу-чающего низкопотенциальную теплоту от обратной сетевой воды, выходящей из части здания, отапли-ваемой централизованно, и от наружного воздуха. Наиболее существенными результатами работы яв-ляется разработанная схема теплового насоса на диоксиде углерода, которая совмещает в себе, как воз-можности работы в количественной системе теплоснабжения, так и при приготовлении горячей воды для зданий, в неотопительный период. Значимость полученных результатов состоит в том, что предлагаемое техническое решение позволяет существенно снизить расход топлива для ТЭЦ и расходы потребителей при оплате ими потребленных энергоресурсов. Установлены также схемы тепловых насосов для коли-чественного закона регулирования режима работы системы теплоснабжения. При предлагаемой схеме работы тепловой насос для ГВС работает только в неотопительный период, а ГВС обеспечивается в отопительный период от ТЭЦ. В конструкции предлагаемого теплового насоса предусмотрен переохла-дитель диоксида углерода, включенный после газоохладителя и предназначенный для регулирования режима работы испарителя теплового насоса при переменной обратной температуре воды системы отопления здания.
	Ключевые слова: теплоснабжение, тепловые насосы, диоксид углерода, законы регулирования систем теплоснабжения. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3713430
11	Долгосрочный прогноз солнечной иррадиации Авторы: Брага Д., Технический Университет Молдовы, Кишинев, Республика Молдова, Кикко Ж., Туринский Политехнический Университет, Турин, Италия, Голованов Н., Порумб Р., Бухарестский Политехнический Университет, Бухарест, Румыния
	Аннотация: В последнее десятилетие значительно увеличилось число солнечных фотоэлектрических установок, подключённых к электроэнергетическим системам по всему миру. В то же время, солнечная иррадиация представляет собой непостоянную величину. Поэтому, для эффективного управления существующими и нововведёнными в эксплуатацию мощностями фотоэлектрических солнечных систем и эксплуатации электроэнергетических систем в нормальном режиме требуется точная модель для прогноза солнечной иррадиации. Главной целью данной работы является разработка и проверка модели для выполнения долгосрочного прогноза солнечной иррадиации. Предложенная цель в данной работе достигается с помощью метода кластеров и математической статистики. Разработка модели предусматривает этап подготовки исторических данных для прогнозирования и этап обработки и анализа результатов, полученных в процессе кластеризации. Использующиеся исторические данные включают солнечную иррадиацию и степень покрытия небесного свода облаками. Процесс подготовки исходных данных включает процесс би-нормализации и кластеризации солнечной иррадиации и периода солнечного свечения, а обработка результата – процесс денормализации. Точность предложенной модели проверяется с помощью стандартных индикаторов ошибок и матрицы путаницы. Для сравнения были проанализированы четыре варианта модели, которые отличаются подходом и подготовки исходных данных для моделирования. Сравнение этих вариантов моделей показало, что для получения более высокой точности необходимо учитывать сезонные особенности солнечной иррадиации. Главным результатом работы является полученная модель, которая может быть использована для прогнозирования солнечной иррадиации с приемлемой точностью для этого типа прогнозирования и получения последовательности типа дней для различных годовых сценариев. Ценность модели состоит в том, что эти сценарии могут быть использованы для оценки эффективности работы фотоэлектрических солнечных систем и нахождения наилучших решений для их интеграции в электроэнергетическую систему.
	Ключевые слова: предсказание, солнечная иррадиация, кластеризация, ошибки прогнозирования, матрица путаницы, анализ сценариев DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.3713424
13	Совершенствование способов оценки работы электротехнических предприятий и их структурных составляющих на основе идентичных показателей Авторы: Яковлев А. И., Васильцова С. А., Ларка Л. С. Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» Харьков, Украина
	Аннотация: Актуальность статьи обусловлена тем, что для улучшения оценки результатов деятельности электротехнических предприятий, фирм следует более точно по сравнению с существующими способами определить вклад каждого из их структурных подразделений на конечные результаты деятельности субъекта предпринимательства в целом. Цель статьи – выявить резервы повышения эффективности работы электротехнических предприятий, установить результаты конкретных подразделений при продаже элементов изделия предприятия, вырабатываемых непосредственно в этих структурах и реализуемых на рынках. Поставленная задача достигается за счет использования условных цен на цеховую продукцию и расширения области применения метода точки безубыточности. При повышении качества цеховой продукции находится также изменение их цены для потребителя с использованием метода затраты-выгоды и показателя цены потребления. Показана ограниченность традиционного метода установления точки безубыточности, поскольку он предполагается для оценки одного варианта процесса. Предлагается его распространение при анализе нескольких вариантов, в том числе при приобретении части деталей, узлов со стороны или при их собственном изготовлении. Предлагаются также способы установления значений точки безубыточности, которые в отличие от классических зависимостей, когда имеет место реализация всего объема произведенного товара, рассматривают вариант его неполной продажи и, соответственно, непроизводительного использования части ресурсов. Предлагаются также расчеты величины данного показателя при различных величинах цен и объемов продаж по вариантам, их предельных значений, в том числе, когда объемы производства (продаж) превышают предварительно установленные их проектные значения. Наиболее существенными результатами являются разработка способов идентичности оценки показателей работы электротехнических предприятий в целом и их подразделений, развитие методов расчета точки безубыточности в различных производственных ситуациях. Их значимость заключается в дальнейшем развитии теории и методов
	Ключевые слова: цехи, электротехническое предприятие, результаты работы, показатели, эффективность, варианты влияния, качество, объем производства, совершенствование метода точки безубыточности. DOI: https:// doi.org/10.5281/zenodo.3713426