Установка у отдельных потребителей регуляторов теплового потока приводит к появлению дополнительных затрат, связанных с обеспечением переменных теплогидравлических режимов и не снижает отпуска теплоты на источнике. Полная автоматизация тепловых пунктов приводит к нарушению качественного режима регулирования теплосети. Проблема эта актуальна и имеет важное практическое значение. Автоматизация абонентских вводов может реально экономить топливо, если будут реализованы схемы гидравлически устойчивого регулирования, основная суть которых заключается в том, чтобы активное регулирование теплового потока в тепловом пункте не приводило к изменению расхода воды в теплосети. В связи с этим необходимо экспериментальное подтверждение возможности локализации переменных гидравлических режимов в тепловых пунктах при применении термогидравлического распределителя. Для экспериментального подтверждения результатов теоретических исследований проведена реконструкция теплового пункта централизованной системы теплоснабжения путем установки термогидравлического распределителя. Программа эксперимента заключается в доказательстве гидравлической независимости контуров систем потребителей на внешнюю тепловую сеть. Впервые получены экспериментальные данные, которые подтверждают, что термогидравлический распределитель не приводит к нарушению качественного режима регулирования теплосети, локализуя переменные гидравлические режимы в пределах теплового пункта, где они и возникают, не передавая эти режимы в тепловую сеть. В отличие от известных способов регулирования, использование в схеме теплового пункта термогидравлического распределителя обеспечивает нормальную подачу теплоты в систему отопления при неизменном максимальном расходе сетевой воды в течение всего отопительного периода. Достоверность результатов, полученных ранее с использованием математического моделирования, подтверждена экспериментальными данными. Результаты экспериментальных исследовании подтвердили гидравлическую независимость контуров. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции существующих тепловых пунктов систем централизованного теплоснабжения для исключения влияния функционирования средств регулирования теплоты на гидравлический режим системы теплоснабжения.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2018. — Выпуск 6
Содержание:
Для расчета процесса классификации порошковых материалов по крупности используется кривая разделения Тромпа, представляющая собой зависимость вероятности выделения частицы в мелкий или крупный продукты разделения от размера частицы. Значения этих вероятностей определяются экспериментально по результатам дисперсного анализа продуктов разделения. Для прогностических расчетов используются различные аналитические зависимости, аппроксимирующие зависимости, в которых согласование между расчетными и опытными данными производится соответствующим подбором значений численных коэффициентов, входящих в эти зависимости. Разнообразие аналитических зависимостей, используемых для аппроксимации экспериментальных данных, затрудняет сопоставление результатов, полученных в результате исследования различных типов классификаторов. В связи с этим необходимо провести анализ используемых зависимостей и выбрать оптимальные варианты. Анализ проведен на основании имеющихся экспериментальных данных об эффективности разделения пыли в классификаторах разных конструкций с использованием методов статистической обработки. Рассмотрены девять вариантов аналитических зависимостей, наиболее часто используемых для описания кривых разделения. По результатам разделения нескольких материалов в различных типах классификаторов статистическими методами по критерию Фишера оценена адекватность аппроксимации кривой разделения каждой из этих зависимостей и проведено ранжирование по соответствию расчетных значений экспериментальным результатам. Показано, что в большинстве случаев при соответствующей эффективности разделения классификаторов все формулы адекватно описывают результаты экспериментов. Это объясняет многообразие используемых зависимостей. Однако при изменении эффективности классификации наиболее теоретически обоснованные формулы, предложенные О. Молерусом, приводят к принципиальному расхождению между опытными и расчетными данными, что сужает область их использования. Для практического применения рекомендованы формула Плитта и интегральная функция логарифмически нормального распределения Гаусса, обеспечивающие наилучшее согласование экспериментальных и расчетных значений во всем представляющем практический интерес диапазоне эффективности разделения.
Ключевые слова
При анализе симметричных трехфазных цепей синусоидального тока уравнение связи между комплексными фазными напряжением и током в обмотках трансформатора представляется в виде закона Ома, при этом значение комплексного сопротивления всех фаз номинального режима можно определить по паспортным данным трансформатора. При нарушении симметрии напряжения и токи ветвей трансформатора будут связаны матричными уравнениями. При этом определение элементов матрицы комплексных сопротивлений ветвей трансформатора становится проблематичным и может быть произведено только с учетом параметров магнитной системы. Это является одной из причин применения метода симметричных составляющих для расчета несимметричных режимов цепей с силовыми трансформаторами. Однако этот метод применим только для линейных систем. В связи с этим поиск теоретических подходов к определению элементов матрицы комплексных сопротивлений трансформаторов в любых несимметричных режимах с учетом насыщения магнитной цепи, потерь в стали на гистерезис и вихревые токи и несимметрии обмоток является актуальным направлением исследования. В основу исследований положен символический метод анализа разветвленных электрических и нелинейных магнитных цепей с использованием понятия комплексной магнитной проницаемости и матричных методов, основанных на полных трехфазных схемах замещения сетевых объектов. Разработана математическая модель анализа нелинейных цепей, содержащих силовые трансформаторы, с учетом изменения их параметров в несимметричных режимах работы. Предложенная модель позволяет рассчитывать несимметричные режимы работы трансформаторов с учетом дискретности и несимметрии структуры обмоток, насыщения магнитной цепи и потерь в стали на гистерезис и вихревые токи, а также с учетом влияния технологических факторов при симметричных и несимметричных режимах работы без использования метода симметричных составляющих. Предложенные алгоритмы могут применяться для моделирования несимметричных и аварийных режимов работы энергосистем, содержащих большое количество трансформаторов, что необходимо для разработки интеллектуальных электроэнергетических сетей с активно-адаптивными связями.
Ключевые слова
Научная проблема исследования заключается в необходимости прогнозирования электропотребления собственных нужд электростанций с минимальной ошибкой. Решением задач краткосрочного прогнозирования ранее занимались на уровне электроэнергетических систем и промышленных предприятий. Что касается прогнозирования электропотребления собственных нужд электростанций, то в качестве прогнозных значений использовались ретроспективные данные по электропотреблению. Данная проблема сохраняет свою актуальность согласно Постановлению Правительства РФ от 27 декабря 2010 г. № 1172, в котором отмечено, что электростанции берут на себя ответственность за потребление электроэнергии, объем которого вышел за рамки установленного. Отклонение в электропотреблении на 2 % и более от установленного значения приводит к дополнительным финансовым расходам. В связи с этим актуальным является выбор метода прогнозирования электропотребления собственных нужд ТЭЦ с низкой погрешностью. Для решения задач краткосрочного прогнозирования выбран метод, основанный на искусственных нейронных сетях, и проведено обучение данных сетей с помощью методов численной оптимизации: алгоритма обучения Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шанно; метода Сопряженных градиентов; метода градиентного спуска, которые практически использовались для решения различных задач в электроэнергетике. Для определения почасовых значений электрической нагрузки собственных нужд ТЭЦ использован программный пакет Statistica Neural Networks. Выбран метод, основанный на искусственных нейронных сетях «многослойный персептрон» и определен алгоритм его обучения Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шанно, с помощью которого на ТЭЦ появляется возможность прогнозировать электропотребление системой собственных нужд со средней абсолютной погрешностью 0,43 %. Предложенная методика краткосрочного прогнозирования электропотребления СН ТЭЦ протестирована и утверждена в Филиале АО «СО ЕЭС» ОДУ Средней Волги для оценки прогнозных значений электропотребления электростанций в процессе планирования баланса электроэнергии.
Ключевые слова
Рост мощностей трансформаторов в низковольтных электроустановках переменного тока свыше 2500 кВА и необходимость обеспечивать быстрое отключение удаленных дуговых коротких замыканий требуют уточнения расчета сопротивления электрической дуги в области больших и малых токов. Исследования существующего метода показывают, что диапазон токов его применения ограничен значениями от 0,65 до 42 кА, что не всегда соответствует параметрам электроустановок, для которых производится расчет. Специалисты также отмечают необходимость исключения из расчета длины дуги и учета отношения индуктивной и активной составляющих сопротивления цепи при расчете снижающего коэффициента тока. Экспериментальные исследования дуговых коротких замыканий, выполненные за рубежом, предоставляют данные в диапазоне от 20 А до 150 кА при горении дуги в различных условиях, что позволяет уточнить метод расчета сопротивления дуги в области малых и больших токов, а также исключить недостатки существующего метода. Использованы результаты экспериментальных исследований дуговых коротких замыканий в диапазоне токов от 20 А до 150 кА при горении дуги в различных условиях. Данные экспериментов обработаны методами факторного и регрессионного анализов. Разработан метод расчета сопротивления электрической дуги, позволяющий выполнять расчет в диапазоне токов устойчивого дугового короткого замыкания от 80 А до 50 кА вне зависимости от значения длины дугового столба, а также рассчитывать коэффициент снижения тока с учетом отношения индуктивной и активной составляющих сопротивления цепи. Результаты применения предлагаемого метода показали удовлетворительное соответствие имеющимся экспериментальным данным и существующим методам в определенном для них диапазоне токов. Применение разработанного метода позволит повысить качество проектирования низковольтных электроустановок с трансформаторами мощностью свыше 2500 кВА и обеспечить мгновенное отключение удаленных дуговых коротких замыканий электромагнитным расцепителем автоматических выключателей.
Ключевые слова
Мощные электроприводы современных прокатных станов создаются на основе двигателей переменного тока среднего напряжения (асинхронных и синхронных) и преобразователей частоты с активными выпрямителями. Такие электроприводы являются источником высших гармоник, в связи с этим актуальным является вопрос об их электромагнитной совместимости с внутризаводской распределительной сетью. В частности, данный вопрос актуален на предприятиях, в системах внутризаводского электроснабжения которых используются протяженные кабельные линии 6-35 кВ, суммарное значение распределенной емкости в которых может достигать нескольких микрофарад. В результате взаимодействия индуктивности трансформатора главной понизительной подстанции и суммарной емкости кабельных линий в частотной характеристике сети экстремум резонанса токов может расположиться на частотах гармоник, генерируемых преобразователями частоты. В этом случае возникают сильные искажения напряжения на общих секциях распределительных устройств, что может приводить к выходам из строя электрооборудования. Существующие способы снижения негативного влияния резонансных явлений на качество электроэнергии во внутризаводских сетях сводятся к установке специальных фильтров и требуют соответствующих экономических затрат, в связи с этим актуальной задачей является исследование альтернативных способов устранения сильных искажений, вызываемых преобразователями частоты. Разработка усовершенствованного алгоритма ШИМ осуществляется в программном продукте MATLAB с приложением Simulink на основе созданной имитационной модели, учитывающей реальную частотную характеристику внутризаводской сети АО «Северсталь - Сортовой завод Балаково» и параметры преобразователя частоты с активным выпрямителем. Разработан усовершенствованный алгоритм широтно-импульсной модуляции, адаптирующийся к резонансным явлениям во внутризаводских сетях благодаря изменению углов включения вентилей активного выпрямителя в зависимости от нахождения экстремума частотной характеристики. Создана имитационная модель, учитывающая реальные частотные характеристики и параметры преобразователя частоты. На модели получены кривые напряжения сети при исходном и усовершенствованном алгоритме ШИМ, проведен их сравнительный анализ. Установлено, что использование адаптивного ШИМ уменьшает коэффициент суммарных гармонических искажений кривой напряжения сети в 2,5 раза. Достоверность полученного результата подтверждается адекватностью использованной математической модели предмету исследования, а также реальностью исходных данных для моделирования. Предложенный алгоритм ШИМ позволяет улучшать электромагнитную совместимость преобразователя частоты с сетью без применения специальных фильтрующих цепей. Полученные результаты могут применяться при проектировании преобразователей частоты с активными выпрямителями среднего напряжения.
Ключевые слова
В настоящее время все более популярными становятся экологичные транспортные средства, использующие электропривод. Широкое распространение электротранспорта сдерживается развитием соответствующей инфраструктуры - зарядных станций. Для повышения быстродействия и уменьшения габаритных размеров зарядных станций предлагается использовать высокочастотные преобразовательные системы, основой которых является силовой высокочастотный трансформатор с сердечником из аморфной стали. Анализ проблемы проектирования силовых высокочастотных трансформаторов показывает недостаточность проработки в технической литературе методики уточненного расчета потерь холостого хода, особенно при использовании аморфной стали, и потерь в баке или кожухе силового трансформатора на высоких частотах. В связи с этим актуальной является задача разработки типовой конструкции силовых высокочастотных трансформаторов с сердечником из аморфной стали, а также создания методики их проектирования и программных средств, доступных для трансформаторостроительных предприятий в сфере малого и среднего бизнеса. Использована традиционная методика проектирования силовых трансформаторов, адаптированная к высокочастотным исполнениям путем использования уточненной методики расчета потерь холостого хода и потерь в баке или кожухе высокочастотных трансформаторов. Оптимизация проекта осуществляется с использованием генетических алгоритмов средствами MATLAB. Уточненный расчет осуществляется на основе конечно-элементного расчета магнитного поля с использованием библиотеки EMLib. Система проектирования силовых высокочастотных трансформаторов строится на основе пакета MS Excel. Разработана типовая конструкция силового высокочастотного трансформатора для преобразовательных установок зарядных станций электротранспорта. В качестве материала магнитопровода использована аморфная сталь, поставляемая в виде готовых типовых витых элементов сердечника. Методика проектирования силовых высокочастотных трансформаторов адаптирована к особенностям процессов, происходящих на высоких частотах. В частности, разработана методика расчета потерь холостого хода, в том числе на основе полевых расчетов, и потерь в баке или кожухе трансформатора. Разработанная типовая конструкция силовых высокочастотных трансформаторов технологически проста, не требует принципиальных изменений существующего технологического процесса и может быть рекомендована для их производства в условиях трансформаторных заводов в сфере малого и среднего бизнеса. Разработанная методика и инструментальные средства проектирования способны обеспечить эффективность организации проектных работ, в частности, из-за наличия возможности оптимизации проекта. Планируется внедрение результатов работы в производство на ООО «Трансформер» (г. Подольск, Московская область).
Ключевые слова
В рамках методологии матричной формализации разработаны модели для расчета практически всего оборудования ТЭС, кроме турбоустановки - собственно турбоагрегата и системы регенеративного подогрева питательной воды. Разработка в рамках единой методологии математической модели турбоустановки позволит создать замкнутое математическое описание всей тепловой схемы ТЭС, что, в свою очередь, обеспечит возможность более обоснованного определения энергетических характеристик оборудования, создания компьютерных тренажеров и программных средств оптимизации режимов технологических систем и подсистем ТЭС. Для исследования многопоточных тепломассообменных систем и подсистем ТЭС используются уравнения балансов массы и энергии, для решения которых применяются методы математического программирования. Энергетические характеристики и показатели качества агрегатов ТЭС определяются в рамках существующего нормативного подхода. В рамках методологии матричной формализации разработаны модель турбоагрегата и единый подход к описанию ТЭС как многопоточной энергомассообменной системы. Получены и проанализированы решения модели в целях построения энергетических характеристик теплофикационного турбоагрегата. Выполнено сравнение результатов расчета с энергетическими характеристиками действующего турбоагрегата, показана достоверность и обоснованность предложенного подхода. Полученные результаты могут быть использованы в качестве основы для повышения степени обоснованности расчета энергетических характеристик оборудования, создания компьютерных тренажеров и программных средств оптимизации режимов технологических систем и подсистем ТЭС.
Ключевые слова
Одной из главных проблем при построении математических моделей турбулентных гидродинамических сред остается высокая вычислительная сложность компьютерных расчетов, поскольку требуется получить решение нестационарной задачи с сеткой такого пространственного шага, чтобы он соответствовал размерам самых малых вихревых структур. Существуют рекомендации по использованию разностных вычислительных схем для турбулентной динамики жидкости, полученные при моделировании розлива нефтепродуктов по водной поверхности. В связи с этим актуальным является получение устойчивого расчета математической модели динамики вязкой несжимаемой жидкости согласно описанию Эйлера с учетом влияния турбулизации и ускорение расчетов в параллельном интерфейсе CUDA. При проведении вычислительных экспериментов применяются методы математического моделирования физических объектов, метод численного интегрирования дифференциальных уравнений, метод противоточных производных для повышения устойчивости разностных схем. Для оценки турбулентной вязкости сплошной среды используется метод Секундова. Создана устойчивая параллельная реализация математической модели, описывающей процессы в сплошной среде с учетом влияния турбулизирующих гидродинамических структур, устойчивость которой достигается за счет применения метода противоточных производных и замены традиционных разностных схем при расчете полей скорости и давления на четырехточечные аналоги. Предложен метод равномерного распределения вычислительных ресурсов графического ускорителя при больших размерах сетки. Получен устойчивый расчет модели динамики сплошной среды с вычислением турбулентной вязкости по модели Секундова на значительном временном отрезке. Построенное решение на основе интерфейса CUDA позволяет достичь ускорения вычислений от 2 до 8 раз в зависимости от возможностей аппаратной части. Разработанная система может являться инструментом исследования объектов энергетической отрасли, для которых требуется ускорение принятия управляющих решений по сравнению со стандартным программным обеспечением, не предусматривающим распараллеливания расчетов. Достоверность результатов вызвана соответствием системных условий конфигурациям двухфазных систем питания энергетических установок.