2023 № 2 Енергетика: надійність та енергоефективність

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/72960

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 12

Аналіз показників якості послуг з постачання електричної енергії на прикладі оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Черкашина, Вероніка Вікторівна; Яковенко, Олег Валерійович
Постановою Національної комісії у 2021 року для оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго", який здійснює свою діяльність на території міста Харкова та Харківської області, було встановлено тариф на послуги з розподілу електричної енергії із застосуванням стимулюючого регулювання, яке передбачає тарифоутворення на основі довгострокового регулювання тарифів та коригування необхідного доходу Товариства за даними виконання завдання щодо досягнення цільових значень показників якості електричної енергії та дотримання гарантованих стандартів. Відповідно до даної Постанови проаналізовані показники якості послуг з постачання електричної енергії System Average Interruption Duration Index (SAIDI) та System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) на прикладі оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго". Показник якості SAIDI характеризується тривалістю довгих перерв в електропостачанні в розподільчій системі АТ "Харківобленерго". Показник якості SAIFI надає інформацію про частоту довгих перерв в електропостачанні в розподільчій системі АТ "Харківобленерго". Аналіз показників SAIDI та SAIFI виконано для короткострокового періоду роботи оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго", а саме за грудень 2021 року. За результатами аналізу показників SAIDI та SAIFI слідує, що досягнення цільових значень показників якості дозволяє коригувати необхідну норму доходу для оператора системи розподілу АТ "Харківобленерго", а також формує сприятливий інвестиційний клімат, що забезпечує модернізацію, реконструкцію та будівництво задля оновлення енергетичної інфраструктури з метою покращення якості надання послуг з постачання електричної енергії споживачам. Також аналіз зазначених показників дозволив оцінити роботу АТ "Харківобленерго" в частині виконання встановлених показників якості, визначити проблемні місця в діяльності Товариства стосовно надання гарантованих стандартів якості, сформувати та практично виконати інвестиційну програму, визначити яким чином показники якості відображаються на тарифоутворенні в стимулюючому регулюванні.
Аналіз режимів роботи електричних мереж з урахуванням впливу зубцевих гармонік
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хоменко, Ігор Васильович; Плахтій, Олександр Андрійович; Шелест , Дмитро Андрійович
Проведено гармонійний аналіз магнітного поля асинхронного двигуна з обліком двосторонньої зубчастості й магнітної асиметрії повітряного зазору. Отримано спектр у вигляді нескінченних рядів просторово-часових гармонічних складових. Магнітна асиметрія асинхронного двигуна враховує статичний і динамічний ексцентриситети, магнітну асиметрію сталі. Отримано 27 різних просторових гармонік поля в повітряному зазорі асинхронного двигуна. Розглянутий спектр гармонік магнітного поля буде наводити в обмотках статора електрорушійну силу із відповідними частотами. Поля з γр ± κ парами полюсів обертаються асинхронно з ротором і демпфіруються полями, створеними струмами білячої клітки ротора. Таким чином, магнітна асиметрія впливає на просторові гармоніки магнітного поля, змінюючи кутові швидкості їхнього обертання у повітряному зазорі. Поява магнітної асиметрії викликає перерозподіл просторово-часового розподілу гармонік магнітного поля зубцевої частоти, що приводить до зміни амплітудних і фазових співвідношень між величинами. Це обумовлює появу несиметричної системи електрорушійної сили зубцевої частоти в статорних обмотках, а, отже, і різний вплив асиметрії повітряного зазору на рівні симетричних складових. Приведено формули для визначення симетричних складових. У загальному випадку на рівні симетричних складових електрорушійної сили зубцевої частоти впливають дві групи факторів, що визначають несиметричні або відмінні від номінальних режими роботи асинхронного двигуна одного типорозміру. Збільшення магнітної асиметрії повітряного зазору викликає нелінійний, близький до параболічного характер зростання існуючих симетричних складових. Симетричні складові електрорушійної сили зубцевої частоти викликають протікання струмів відповідних складових по замкнутих контурах обмоток статора асинхронного двигуна та всієї системи електропостачання. Приведена розрахункова схема заміщення трифазної мережі для зубцевої гармоніки електрорушійної сили. Фазні опори обмоток обертових електричних машин для несиметричних трифазних мереж неоднакові для різних послідовностей. Основним методом розрахунку розглянутої мережі є метод симетричних складових. Розрахунок зроблено для однієї основної фази за схемами заміщення, що відповідає симетричним складовим електрорушійної сили зубцевої частоти. У результаті теоретичних досліджень отримані функціональні залежності впливу магнітної асиметрії на рівні й розподіл фазних струмів зубцевої частоти. Характер впливу на рівні симетричних складових близький до параболічного, причому найбільш чутливою до зміни магнітної асиметрії є неосновна симетрична складова нульової послідовності. Розроблена методика розрахунку струмів та напруг зубцевих частот асинхронного двигуна в умовах електроспоживання. Теоретичні положення підтверджуються експериментальними дослідженнями. Встановлено, що рівні зубцевих гармонік в системах електропостачання, як правило, не перевищують 10–15 % від рівня основної частоти. Це призводить до зниження надійності функціонування електричних мереж та скорочення строку служби основного енергетичного обладнання на підприємстві. Однак, найбільшу загрозу для електрогосподарств промислових підприємств викликає частотно-амплітудний резонанс на зубцевих частотах. Це обумовлено специфічною природою зубцевих гармонік асинхронного двигуна (парність, залежність від навантаження та різноманітних технологічних факторів). Найбільша загроза виникає у разі використання однотипних асинхронних двигунів зі схожими режимами їх експлуатації. Приведено осцилограми експериментальних досліджень.
Розрахунок режимів електричних мереж за допомогою програмного комплексу "Режим"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Хоменко, Ігор Васильович; Плахтій, Олександр Андрійович; Іглін, Сергій Петрович; Шелест, Дмитро Андрійович; Данилейко, Олег Валентинович
В статті представлений програмний комплекс для розрахунку режимів електричної мережі. Представленні теоретичні основи розрахунку, загальна інформація про програмний комплекс, рекомендації по роботі з ним. Показано, що теоретичною основою програмного комплексу є вузлові рівняння та модифікації методу Ньютона. За допомогою вузлових рівнянь модулюються різноманітні режими електричних мереж (сталі, післяаварійні, обтяжливі). За допомогою нелінійних рівняння вузлових напруг описують сталий режим електричної системи при завданні нелінійних джерел струму. Рівняння вузлових напруг представлені в формі балансу потужності та матричному запису. В якості змінних при вирішенні рівнянь сталого режиму використовуються модуль і фази напруги у вузлах U і δ. Розкривається, як нелінійна систему рівнянь сталого режиму вирішується за методом Ньютона, де на кожному кроці ітераційного процесу вирішується лінеаризована система рівнянь. При цьому, контроль збіжності здійснюється по вектору небалансів. Алгоритм комп'ютерної програми реалізується за допомогою модуля вхідних масивів, базового модуля, модуля виводу результатів. Розглянуто основні умови виконання програми, що мають мінімальний склад технічних та програмних засобів. До складу технічних засобів повинен входити персональний комп'ютер. Системні програмні засоби, використовувані програмою, повинні бути представлені версією операційної системи починаючи з Windows 95 і вище. Оператор, що використовує програму, повинен мати практичні навички роботи із графічним інтерфейсом операційної системи. Базовий модуль є головним і складається з процедури обробки початкових даних та виводу інформації за бажанням користувача. Базовий модуль дозволяє оперативно виконувати зміну значень початкових даних та виконувати розрахунок з новими значеннями. Програмний комплекс дозволяє проводити розрахунки в режимі реального часу. Програма розроблена та модернізована на кафедрі передачі електричної енергії Національного технічного університету "Харківський політехнічний університет". Програмний комплекс впроваджено в учбовий процес та наукову діяльність кафедри.
Керування та управління мікромережевими кластерами: розвиток та майбутні дослідження
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Федосеєнко, Олена Миколаївна
Робота досліджує потенціал кластерної технології мікромереж та її вплив на вирішення проблем, пов'язаних з енергетикою та довкіллям. За останні десятиліття суттєво зросло зацікавлення у використанні мікромереж для забезпечення стійкості та надійності енергетичних систем, особливо з урахуванням зростаючого використання відновлювальних джерел енергії. Кластери мікромереж координують розподіл потужності між мікромережами та основною мережею, ефективно розв’язуючи проблеми, такі як підвищення напруги, гармоніки, низький коефіцієнт потужності, зворотні потоки потужності та недоліки в схемах захисту. Однак перед впровадженням кластеризації мікромереж потрібно подолати деякі виклики, особливо з точки зору проектування. У статті критично оглядаються проблеми проектування кластеризації мікромереж. Розглядаються переваги та виклики, що виникають у процесі розвитку мікромереж, зокрема проблема недостатньої адаптації до великомасштабних джерел відновлювальної енергії. У дослідженні аналізуються різні архітектури мікромережових кластерів та методи їх взаємодії. Класифікація кластера мікромережі проведена за різними архітектурами на основі розташування з'єднань. Також проводиться порівняння різних технологій передачі електроенергії в межах мікромережевих кластерів, зокрема систем змінного струму та постійного струму, з оцінкою переваг і недоліків кожної технології. Значну увагу приділяється контролю та керуванню мікромережевими кластерами, висвітлюються можливості ієрархічних та розподілених структур управління для забезпечення оптимального розподілу потужності та регулювання напруги та частоти. На завершення статті розглядаються перспективні напрями подальших досліджень, спрямованих на поліпшення інтеграції великомасштабних джерел відновлювальної енергії, розробку інтелектуальних систем управління та енергоменеджменту, а також створення надійних систем контролю та керування мікромережевими кластерами.
Аналіз основних підходів, методів вибору і обгрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Сегеда, Михайло Станкович; Дудурич, Олександра Борисівна; Романів, Станіслав Ігорович; Остра, Наталя Вікторівна
Одним з пріоритетних напрямків розвитку електроенергетики для України є освоєння та використання альтернативних і відновлюваних джерел енергії, що веде до зменшення залежності від імпорту електричної енергії. Велика частина територій України характеризується сприятливими умовами для виробництва електроенергії за допомогою сучасних вітрових електричних станцій. Розглянуто інтеграцію вітрових електричних станцій, не враховуючи інші відновлювані джерела енергії. Порівняно з іншими джерелами відновлювальної енергії, процеси функціонування вітрових електричних станцій мають випадковий характер виробництва електроенергії, оскільки генерована потужність може значно змінюватись протягом доби. Це потребує врахування певних вимог до електроенергетичної системи під час приєднання та спільного функціонування з вітровою електричною станцією. У зв'язку з цим, у дослідженнях вітрові електричні станції розглядаються окремо від інших джерел відновлювальної енергії, оскільки вони мають свої особливості та можуть впливати на функціонування електроенергетичної системи. Підключення значної кількості відновлюваних джерел енергії, зокрема вітрових електричних станцій, до електроенергетичної системи вимагає вирішення різних завдань, пов'язаних з характеристиками та функціональністю таких станцій, а також зі структурою генерувальних джерел електроенергетичної системи. Серед цих завдань можна виділити забезпечення необхідної резервної потужності для своєчасного компенсування змін під час генерації електроенергії, підтримання надійності функціонування електроенергетичної системи та виконання заходів для компенсації можливого зменшення якості електричної енергії. Насправді, процеси змінювання потужності генерованої енергії у вітрових електричних станціях відбуваються досить швидко, особливо в разі різкого погіршення погодних умов, що є досить частим явищем. Проаналізовано методи вибору та обґрунтування параметрів і режимів роботи вітрових електричних станцій під час підключення до електроенергетичної системи. У роботі описуються різні підходи до вибору параметрів та режимів вітроенергетичних установок, зосереджуючись на методах, що забезпечують балансову надійність або адекватність системи генерування. Сформовано методи вибору та обґрунтування параметрів та режимів вітроенергетичних установок для інтеграції в роботу електроенергетичної системи на основі балансу потужності та енергії. У роботі визначено ключові показники, що враховують відповідність попиту на електроенергію, а також підходи до забезпечення балансу між виробництвом та споживанням енергії. Виконано оцінку ефективності вітроенергетичних установок в різних режимах інтеграції в роботу електроенергетичної системи з урахуванням економічних аспектів. Досліджено, як різні режими впливають на раціональне використання виробленої енергії, зокрема, при недостатньому та надлишковому генеруванні, а також розглянуто економічні показники, пов'язані з цими режимами. Досліджено аналіз режиму точної відповідності (нульового небалансу) вітроенергетичних установок в контексті інтеграції в роботу електроенергетичної системи. Визначено, як використання акумулюючих та допоміжних маневрових потужностей може впливати на тривалість режиму точної відповідності та рівень нульового небалансу.
Цифровий вимірювальний прилад для моніторингу основних показників електричної мережі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Петровський, Михайло Васильович; Нестеренко, Богдан Ігорович; Дяговченко, Ілля Миколайович; Журба, В'ячеслав Олегович
В електричних мережах під час експлуатації різноманітного обладнання спостерігається відхилення від нормованого значення напруги, а також відбуваються постійні зміни величини струму та споживаної потужності. У зв'язку з цим виникає необхідність у постійному моніторингу основних параметрів електричної мережі, на основі яких можуть бути прийняті рішення щодо оптимізації роботи її складових частин. Для вирішення цієї задачі в роботі розглянуті методи та засоби вимірювання основних показників електричної мережі, розроблено методику вимірювання та створено цифрову вимірювальну систему для моніторингу основних показників однофазної електричної мережі напругою 220 В з використанням мікроконтролеру PIC18F2525 фірми Microchip. Для вимірювання кута зсуву фаз між сигналами напруги та струму застосовано схему виявлення переходу сигналу через нуль Zero Crossing Detector з використанням компараторів. Програмний код написаний у середовищі розробки MPLAB X IDE від Microchip з використанням компілятора XC8 мови програмування C++ та наведено лістинги базових функцій для розрахунку параметрів електричної мережі. Запропонований пристрій здійснює вимірювання середньо квадратичного значення напруги та струму; повної, активної та реактивної потужності; коефіцієнту потужності та частоти вхідної напруги. Вимірювальна система дозволяє в реальному часі визначати основні показники енергомережі з діючим значенням напруги величиною до 280 В та діючим значенням струму величиною до 50 А та їх відображенням на символьному LCD дисплеї. В статті проведено демонстрацію роботи приладу в програмах для симуляції електронних схем NI Multisim та Proteus Design при різному характері навантаження: резистивному, резистивно-індуктивному та резистивно-ємнісному.
Аналіз помилок уніфікованого регулятора якості електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Лебедь, Денис Юрійович; Бурбело, Михайло Йосипович
Ця стаття присвячена аналізу помилок уніфікованого регулятора якості електроенергії. У контексті зростаючої важливості надійного та якісного електропостачання, регулятори якості електроенергії стають ключовими пристроями для забезпечення стабільності мереж та задоволення потреб побутових споживачів. В роботі пропонується комплексний підхід до аналізу помилок уніфікованого регулятора якості електроенергії, основним призначенням якого є компенсація впливу швидкозмінних навантажень на якість електроенергії. При цьому аналізуються показники загального гармонічного спотворення якості електроенергії, а також враховуються фактори, такі як величина і тривалість навантажень. Значна частина статті присвячена дослідженню джерел помилок в уніфікованому регуляторі якості електроенергії. Виконується порівняння паралельно-послідовної та послідовно-паралельної топології уніфікованого регулятора якості електроенергії. Проаналізовано вплив алгоритму керування уніфікованого регулятора якості електроенергії на формування помилок кожної топології. Використовуючи засоби комп'ютерного моделювання Matlab/Simulink, у статті запропоновано структуру кількісного визначення помилок, яка дозволяє точно оцінювати помилки на різних етапах роботи уніфікованого регулятора якості електроенергії. Ця структура охоплює перетворення напруги та потужності в ряд Фур'є для комплексної оцінки величин помилок. Для підтвердження ефективності запропонованого аналізу помилок і стратегій компенсації, у статті представлено графіки результатів моделювання в часовій та частотній області. Описано помилки генерації активної, реактивної потужності та помилки заданого значення напруги. Ці висновки підкреслюють здатність уніфікованого регулятора якості електроенергії підвищувати якість електроенергії, незважаючи на похибки вимірювань. Основні результати включають аналіз відхилень показників якості напруги, встановлення зв'язку між помилками компенсації і недоліками у функціонуванні системи, а також розробку рекомендацій щодо поліпшення ефективності компенсаційних пристроїв.
Експериментальна апробація робочих режимів імітатора сонця Sunbrick
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Кіріченко, Михайло Валерійович; Зайцев, Роман Валентинович; Мінакова, Ксенія Олександрівна; Воробйов, Богдан Віталійович; Шкода, Дмитро Сергійович; Лелюк, Станіслав Юрійович
Проведено введення в експлуатацію та експериментальна апробація технічних можливостей і режимів роботи та здійснені тестові вимірювання світлових вольт-амперних характеристик сонячних елементів за допомогою сучасного вимірювального комплексу на основі імітатора сонця Sunbrick. Реалізовано автоматизоване вимірювання світлових вольт-амперних характеристик сонячних елементів компенсаційним методом за допомогою вимірювального приладу Keithley 2400. В ході апробації вимірювального комплексу на основі імітатора сонця Sunbrick протестовано можливість відтворення різних режимів роботи імітатора та перевірено можливості керування випромінюванням як за енергетикою в діапазоні від 100 до 1100 Вт/м² так і за спектральним складом. Встановлено, що просторова нерівномірність освітлення для дослідженого приладу становить менше 2 % при площі освітлення понад 400 см² . Показано, що апробований вимірювальний комплекс дозволяє проводити автоматизовані дослідження сонячних елементів в режимах опромінення, що відповідають як наземним умовам опромінення так і в умовах заатмосферного сонячного випромінювання. Апробовано можливість індивідуального налаштування кожного з 36 каналів випромінюючого елементу в діапазоні від 400 до 1100 нм, що додає гнучкості в використанні імітатора сонця Sunbrick під час дослідження як сонячних елементів в цілому так і властивостей функціональних напівпровідникових матеріалів шляхом опромінення монохроматичним або змішаним освітленням. Показано, що за рахунок експресності проведення досліджень та можливості одразу візуалізувати виміряну вольт-амперну характеристику на екрані комп'ютера можна суттєво пришвидшити процес дослідження сонячних елементів. Так можна відразу проводити розподіл досліджених сонячних елементів за групами відносно їх ефективності та визначати присутність можливих дефектів або пошкоджень у їх структурі.
Аналіз результатів профілактичних випробувань вводів за допомогою елементів теорії перевірки статистичних гіпотез
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Загайнова, Олександра Анатоліївна; Сердюкова, Галина Миколаївна
У статті наведено результати дослідження залежностей показників ізоляції від тривалості експлуатації високовольтних маслонаповнених вводів, як герметичної, так і негерметичної конструкції. В якості вихідних даних використовувалися результати періодичних випробувань маслонаповнених вводів, напругою 110 кВ герметичного виконання з паперово-масляною ізоляцією конденсаторного типу, а також негерметичної конструкції. Для формування статистично однорідних масивів даних були використані три статистичних критерію: ранговій критерій Вілкоксона, Z–критерій, критерій Фішера–Снедекора. Були отримані значення вибіркового середнього, вибіркової дисперсії, а також коефіцієнтів асиметрії та ексцесу показників ізоляції високовольтних вводів для масиву вихідних даних і масивів, отриманих в ході статистичної обробки. Значення вибіркових середніх для масивів, отриманих в результаті процедури статистичної обробки, істотно розрізняються. Має місце суттєве зниження значень вибіркової дисперсії для tg1 в порівнянні з вихідними масивами. Для перевірки однорідності даних в отриманих масивах використовується модель однофакторного дисперсійного аналізу. Практичне використання цього алгоритму дозволило істотно знизити неоднорідність результатів періодичних випробувань стану ізоляції високовольтних вводів. Виконаний аналіз складу масивів з однорідними значеннями показників дозволив встановити, що в однорідні масиви даних потрапили значення показників вводів з різних областей України, різного типу і виготовлені з різних номерах заводських креслень. Зазначено, що для високовольтних вводів, які не мають дефектів ізоляції, значення математичного очікування одного й того самого показника для різних масивів профілактичних випробувань ізоляції конденсаторного типу мають зсув відносно один одного. З цього випливає, що коефіцієнт завантаження та час експлуатації трансформатора істотно впливають на визначення гранично допустимого значення показника ізоляції вводу.
Сонячна on-grid електростанція та її приєднання до електричної мережі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Загайнова, Олександра Анатоліївна; Сердюкова, Галина Миколаївна
Розглянуто мережева сонячна електростанція та її приєднання до електричної мережі. Дана система автономного альтернативного електропостачання відноситься до мережевого типу. Основна спрямованість системи – це видача генерованої електричної потужності в мережу споживача і передача надлишку в міську мережу згідно "Зеленого тарифу" . Очікувана електрична потужність сонячної електростанції – 860 кВт. Система являє собою розгалужену збірку, яка складається з наступних елементів: сонячних батарей; мережевих інверторів; систем моніторингу параметрів режиму мережевої сонячної електростанції; лічильників для обліку електроенергії; лінії електропередачі. Визначено необхідна кількість сонячних панелей для покриття потужності споживачів. Розподіл енергії, що генерується сонячними панелями, між фазами рівномірний. Розміщення сонячних панелей передбачено на спеціальних металевих наземних конструкціях. Для підключення панелей до трифазної мережі змінного струму вибрано інвертори. На даній електричної станції встановлено трифазні інверторі. Інвертор оснащений додатковими захисними пристроями, щоб гарантувати безпечну робота в будь-яких обставинах. Для захисту обладнання від коротких замикань і перенапруги в інверторах встановлені плавкі запобіжники. Інвертори встановлюються на металевих конструкціях, які розмішуються під столами з сонячними панелями. Вся проводка постійного струму виконана спеціалізованим сонячним одножильним кабелем з подвійною полівінілхлоридною ізоляцією, що не поширює горіння. Перетин кабелів вибрано по допустимим струмовим навантаженням і перевірено на втрати напруги. Кабелі прокладаються у металевих лотках та відкрито по конструкціях. Підключення сонячної електростанції до мережі 10 кВ передбачене за допомогою комплектної трансформаторної підстанції зовнішньої установки.