В настоящее время в качестве средств сохранения динамической устойчивости как отдельных генераторов, так и станции в целом применяются управляющие воздействия противоаварийной автоматики на турбо- или гидроагрегат: импульсная разгрузка турбины и отключение генератора от сети. Данные воздействия имеют определенные недостатки и ограничения, основные из которых: снижение генерации реактивной мощности и возможность переторможения агрегата на втором цикле синхронных качаний генератора. В связи с этим актуальной задачей в области противоаварийного управления является разработка новых типов управляющих воздействий для сохранения динамической устойчивости генераторов, основанных на применении современных технологий, таких как накопители (и группы накопителей) электроэнергии различного вида. В процессе исследования использованы методы выбора оптимальных параметров накопителей на основе минимизации стоимости с учетом ограничений по динамической устойчивости, а также методы имитационного компьютерного моделирования с использованием ПК Matlab. Определено оптимальное сочетание типов накопителей, получены параметры выбранных накопителей с учетом минимизации стоимости (снижение стоимости группового накопителя на 15 % по сравнению с одиночным накопителем). Разработана система управления группой накопителей для поддержания динамической устойчивости при коротком замыкании. Для оценки эффективности предлагаемых решений введен критерий оценки эффективности применения средств повышения динамической устойчивости - максимально допустимая длительность существования короткого замыкания. Проведено моделирование на разработанной модели, которое показало эффективность применения групп накопителей для поддержания динамической устойчивости синхронных генераторов. В результате исследования установлено, что группа накопителей, состоящая их маховикового и емкостного накопителей, и предложенная система управления позволяют значительно повысить динамическую устойчивость мощного синхронного генератора, увеличив максимально допустимую длительность существования короткого замыкания.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2017. — Выпуск 6
Содержание:
В настоящее время при настройке пусковых органов автоматики предотвращения нарушения устойчивости, выявляющих перегрузку сечения, опасную для статической устойчивости параллельной работы, не учитываются схемно-режимные условия. При таком подходе пусковой орган имеет одну уставку, рассчитанную для худшего режима. Это вызывает излишние срабатывания пускового органа, что приводит к снижению пропускной способности сечения. Для решения данной проблемы целесообразно использовать адаптивный пусковой орган, при настройке которого были бы учтены схемно-режимные условия электрической сети. При этом особое внимание уделяется усовершенствованию устройств автоматической дозировки управляющих воздействий, в то время как модернизации пусковых органов должного внимания не уделяется. В настоящее время одной из важных задач, возлагаемых на пусковые органы, является фиксация перегрузки сечения. В связи с этим актуальной является разработка алгоритмов настройки и структурной схемы адаптивного пускового органа автоматики предотвращения нарушения устойчивости. Уставка такого пускового органа должна рассчитываться исходя из существующих в реальном времени схемно-режимных условий, что позволит сократить количество излишних срабатываний и будет способствовать повышению пропускной способности сечения энергосистемы. Используется метод анализа статической устойчивости по знаку свободного члена характеристического уравнения энергосистемы. Данный метод применяется для адаптивной настройки пускового органа автоматики предотвращения нарушения устойчивости. Дополнительно реализуется выявление пусковым органом места и величины небаланса активной мощности в энергосистеме на основе анализа изменения углов между векторами напряжений по концам сечений и скольжения. Разработана структурная схема адаптивного пускового органа автоматики предотвращения нарушения устойчивости, выявляющего перегрузку сечения по углу между векторами напряжений по концам сечения, отличающаяся тем, что позволяет пусковому органу настраиваться с учетом существующих в реальном времени схемно-режимных условий и выявлять место и величину небаланса активной мощности в энергосистеме. Предложенная структурная схема смоделирована в ПК Matlab для оценки эффективности ее функционирования. Результаты моделирования подтвердили, что уставка пускового органа автоматически изменяется с изменением схемно-режимных условий, что сократит излишние срабатывания пускового органа и будет способствовать повышению пропускной способности сечения. Также в ходе моделирования было установлено, что пусковой орган корректно выявляет место и величину небаланса активной мощности в энергосистеме, что в дальнейшем позволит наиболее точно выбирать дозировку управляющего воздействия и место его реализации.
Ключевые слова
Особенностью трансформаторов для частотных преобразователей энергии является значительное влияние эффекта вытеснения тока на добавочные потери и индуктивность рассеяния на повышенных частотах (400-800 Гц), особенно при использовании фольговых обмоток. Существующие инженерные методики расчета параметров таких трансформаторов не позволяют учитывать эффекты вытеснения тока в фольговых обмотках, а предложенная ранее авторами методика расчета фольговых обмоток не адаптирована к высоким частотам. В связи с этим актуальной является разработка моделей для расчета преобразовательных трансформаторов на основе расчетов магнитного поля. Использован пакет MSOffice, в который внедрена библиотека конечно-элементного моделирования магнитного поля EMLib. Система уравнений динамики трансформатора формируется по методу контурных токов и решается методом Рунге-Кутта. Результаты расчета сравниваются с результатами приемо-сдаточных испытаний опытного образца трансформатора в лаборатории ООО «Трансформер». Разработана полевая динамическая модель для расчета параметров трансформатора преобразователя частоты с фольговыми обмотками, позволяющая учитывать влияние эффекта вытеснения тока на индуктивность рассеяния и добавочные потери, что повышает точность поверочного расчета. Произведен расчет однофазного трансформатора, питающегося от преобразователя частоты в диапазоне 400-800 Гц. Исследовано влияние частоты на процессы в фольговой обмотке. Изготовлен и испытан опытный образец сухого трансформатора ОСПЧ - 296/10, параметры которого соответствуют требованиям технического задания заказчика. Разработанные модели трансформаторов повышенной частоты с фольговыми обмотками, а также методы численного исследования и созданные программные средства были использованы при производстве трансформаторов преобразователей частоты. Результаты расчета подтверждены в ходе приемосдаточных испытаний. Данные средства могут выступать основным инструментом проектировщиков трансформаторов, питающихся от частотных преобразователей.
Ключевые слова
В настоящее время синусно-косинусные инкрементальные датчики положения ротора находят применение в высокоскоростных электроприводах. Постоянная составляющая сигналов таких датчиков может существенно снижать точность оценки скорости. Обычно данная проблема решается применением фильтров верхних частот [1]. Из-за дифференцирования по времени данные фильтры имеют проблемы с работой на малых скоростях. В связи с этим необходим метод устранения влияния постоянной составляющей в системе оценки скорости, не имеющий данного недостатка. Требуемые показатели системы оценки скорости: полоса пропускания измерителя скорости должна быть не менее 4 кГц; точность - ±25 об/мин в диапазоне от 0 до 30000 об/мин. Использованы результаты моделирования и экспериментальных исследований электропривода с синусно-косинусным инкрементальным датчиком положения, показывающие влияние постоянной составляющей во входных сигналах на точность оценки скорости на основе ФАПЧ (PLL). Для устранения влияния постоянной составляющей использованы методы цифровой обработки сигналов. Предложена реализация цифрового фильтра верхних частот, в которой дифференцирование по времени заменяется дифференцированием по углу. Результаты моделирования и экспериментов показывают корректность работы такого фильтра в широком диапазоне рабочих скоростей привода, включая нулевую скорость (останов). Установлено, что предложенный метод подавления постоянной составляющей сигналов может применяться для повышения точности системы оценки скорости с синусно-косинусными инкрементальными датчиками положения. Погрешность расчета скорости укладывается в допустимые пределы ±25 об/мин.
Ключевые слова
Из литературных источников известны модели, разработанные на основе энтропийного подхода для описания измельчения монодисперсных и полидисперсных однородных порошкообразных материалов. Однако в мельницах и дробилках часто измельчению подвергается смесь разнопрочных неоднородных компонентов, которые в силу технологической необходимости целесообразно разделить на отдельные компоненты. Примером такой технологической необходимости в энергетике является выделение из твердого топлива серного колчедана, попадание которого в газовоздушный тракт котла может приводить к сернокислой коррозии оборудования и загрязнению окружающей среды окислами серы. Моделирование в рамках энтропийного подхода измельчения смеси разнопрочных компонентов в целях их эффективного разделения является актуальной задачей для энергетической и смежных отраслей промышленности. Модели измельчения смеси разнопрочных компонентов разработаны на основе принципа максимума информационной энтропии, решение уравнений модели выполнено с использованием методов статистического программирования. На основе принципа максимума информационной энтропии разработано математическое описание измельчения смеси разнопрочных компонентов для случая заданного подвода энергии к каждой фракции компонента и для случая заданного общего подвода энергии к смеси разнопрочных полидисперсных компонентов. В ходе расчетных исследований выявлено влияние характера подвода энергии и граничного размера классификации частиц по крупности на эффективность очистки компонентов смеси. Разработанная математическая модель служит основой для создания более совершенных способов организации процессов измельчения и классификации в технологических системах различного назначения в целях эффективного разделения в них смеси разнопрочных компонентов.
Ключевые слова
Истечение сжиженного углеводородного газа (СУГ) из емкости представляет собой сложный нестационарный процесс, в котором изменяются давление, фазовое состояние углеводородной смеси, компонентные составы жидкой и газовой фаз и их физические свойства. Это приводит к изменению расхода топлива, подаваемого в газопровод, его свойств и, следовательно, теплотворной способности. Использование результатов математического моделирования данного процесса может повысить качество прогнозирования последствий аварийных истечений за счет учета динамики его расходных и физических параметров. Однако построение достоверных методов расчета на основе традиционных моделей, использующих осредненные величины параметров углеводородных смесей, невозможно. В связи с этим необходима разработка методов, учитывающих эти изменения. Для описания процессов истечения использованы методы гидродинамики газожидкостных смесей. Расчет фазового состояния и физических параметров жидкой и газовой фазы углеводородной смеси проведен с использованием кубического уравнения состояния и эмпирических зависимостей. Построена математическая модель нестационарного процесса опорожнения емкости, содержащей смесь углеводородных компонентов, с учетом изменений давления в емкости, концентраций жидкой и газовой фаз, их компонентного состава, плотностей, теплоемкостей, показателя адиабаты, критического отношения давлений и массовой скорости истечения. Выполнена компьютерная реализация построенной модели и проведены вычислительные эксперименты. Показано влияние учета компонентного состава углеводородной смеси, изменения ее свойств в процессе истечения на основные характеристики процесса. Предлагаемая математическая модель и ее компьютерная реализация позволяют прогнозировать динамику расхода истечения и физических свойств топлива в процессе опорожнения емкости, содержащей смесь углеводородных компонентов. Увеличение точности расчетов достигается за счет учета компонентного состава смеси. Методика позволяет рассчитывать массу и компонентный состав жидкого неиспаряемого остатка в емкости. Рекомендуется к использованию для прогнозирования последствий аварийных истечений сжиженных углеводородных газов.
Ключевые слова
Поддержание надежности электроснабжения на высоком уровне является залогом стабильного функционирования любой части энергосистемы. Однако полностью обезопасить себя от нарушения электроснабжения потребителей энергокомпания не может. Среди экономических и нормативно-правовых инструментов управления надежностью страхование является одним из наиболее эффективных механизмов минимизации экономического ущерба последствий нарушения электроснабжения в странах ОЭСР, которому в России не уделяют должного внимания. Отечественные авторы анализируют зарубежный опыт страхования без привязки к отраслевой специфике и акцентируют внимание на рисках, связанных с потерей и порчей имущества. Цель исследования состоит в формировании методики управления экономическими рисками электросетевых компаний РФ, возникающих вследствие нарушения электроснабжения потребителей, путем передачи части рисков страховым компаниям. В процессе исследования были использованы методы сравнительного, содержательного, экономического анализа, графический метод анализа данных. Исходными данными послужили статистические данные в области страхования зарубежных и отечественных энергокомпаний. Предложена оригинальная авторская методика управления рисками электросетевых компаний, основанная на новом подходе к классификации рисков нарушения энергоснабжения и категорировании потребителей. Представлен алгоритм расчета страховых выплат по группам рисков и определен механизм процесса принятия решений о целесообразности страхования рисков нарушения электроснабжения. Предложенная методика основана на фактических данных функционирования отечественных и зарубежных электросетевых компаний. Она может рассматриваться как дополнительный экономический инструмент, который позволит снизить потери от нарушений электроснабжения, создать стимулы и систему приоритетов для обеспечения договорных уровней надежности при формировании контрактов по энергоснабжению потребителей.
Ключевые слова
Текущее состояние экономики Ивановской области требует формирования новых точек роста в целях повышения экономического потенциала, социальной стабильности и формирования благоприятного инвестиционного климата. Однако инновационная активность региона находится на достаточно низком уровне. Перспективным инструментом для решения этой проблемы является создание инновационных кластеров. Существующие исследования в этой области направлены преимущественно на развитие в Ивановской области текстильного и туристического кластеров. В связи с этим проводимое исследование является актуальным. Цель исследования заключается в оценке потенциала и перспективных эффектов формирования электротехнического кластера на территории Ивановской области как производственно-инновационной структуры, степени влияния данного кластера на инвестиционную привлекательность региона, его конкурентоспособности при активизации энергосберегающей политики и сокращении на этой основе себестоимости выпускаемой продукции. Предпосылками проведения данного исследования явилось изучение и анализ потенциала Ивановской области в сфере электроэнергетики и электротехнической промышленности, включая наличие высококвалифицированных кадров, свободных производственных мощностей и опыта реализации энергоинжиниринговых проектов. Исследование проведено с использованием метода SWOT-анализа, сравнительного, содержательного, экономического анализа. Исходными данными послужили статистические материалы Облстатуправления. Выявлены и обоснованы экономические и социальные эффекты создания электротехнического кластера на территории Ивановской области. Произведены анализ и оценка перспективных типов интеграционных структур (вертикальный, горизонтальный, конгломератный) формирования кластера по следующим критериям: связи между предприятиями, тип производства, факторы успеха, недостатки, организационно-правовая форма. Предложен оптимальный организационный тип кластера с учетом специфических условий развития Ивановской области. Разработана структура предлагаемого кластера, определены его цели и задачи. Представлен перечень предлагаемой к выпуску продукции и услуг. Проведена оценка ежегодного размера выручки и прибыли электротехнического кластера при выпуске одного из предлагаемых видов продукции. Предложенная методика оценки эффективности создания электротехнического кластера на территории Ивановской области позволила обосновать экономическую и социальную эффективность данного мероприятия, что в дальнейшем повысит позиции Ивановской области в Рейтинге инвестиционной привлекательности регионов России Национального Рейтингового Агентства и обеспечит приток инвестиций в экономику региона. Научная новизна исследования заключается в обосновании методики оценки эффективности создания электротехнического кластера на территории Ивановской области и возможности ее трансформации для других регионов с учетом их отраслевой специфики.
Ключевые слова
Современные подходы и методы формирования топливной составляющей себестоимости электроэнергии АЭС позволяют оценить влияние на ее изменение одного из следующих факторов: технологических потерь; рециклирования; стратегии обращения с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами; объема наработки плутония. При этом все факторы целостно не рассматриваются. Таким образом, происходит разрыв между техническими и технологическими аспектами и экономикой производства. В связи с этим возникает необходимость разработки методики оценки топливной составляющей себестоимости, комплексно и системно учитывающей все формирующие ее параметры. Исследование основано на разработках отечественных и зарубежных ученых в области экономики ядерной энергетики и ядерной физики, опубликованных в научных периодических изданиях и в сети Интернет, посвященных вопросам определения массы ежегодных перегрузок топлива, коэффициентов компенсации четных изотопов урана, содержания изотопов урана и плутония в отработавшем ядерном топливе. Использованы методы аналитического, технико-экономического и логического анализа, прогнозные квалитативные и квантитативные методы, группировки данных. Разработана методика формирования топливной составляющей себестоимости электроэнергии АЭС, которая позволяет учитывать в стоимостном выражении ранее не принимаемые во внимание факторы: стратегию обращения с отработавшим ядерным топливом, величину технологических потерь на каждом переделе ядерного топливного цикла, коэффициенты компенсации четных изотопов урана при рециклировании, номер рецикла. Впервые прописан пошаговый алгоритм применения разработанной методики расчета топливной составляющей себестоимости электроэнергии АЭС. Предложена методика оценки стоимости наработанного плутония. Представлены результаты расчета стоимости переделов начальной и заключительной стадии ядерного топливного цикла по российским и мировым ценам. На примере расчета топливной составляющей себестоимости электроэнергии ВВЭР-1000 показано, что наиболее экономически целесообразным является переработка отработавшего ядерного топлива, извлечение и дальнейшее использование плутония обосновано в случае низкой стоимости химической переработки отработавшего ядерного топлива. Доказано, что повышение конкурентных преимуществ российских ядерных энергетических технологий на мировом рынке достигается при условии высоких мировых цен на переделы начальной стадии ядерного топливного цикла, «слабого» рубля, повышения загрузки производственных мощностей российских перерабатывающих заводов, в том числе за счет переработки зарубежного отработавшего ядерного топлива.