Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/79784

Видання присвячене питанням теоретичних і практичних результатів досліджень та розробок, пов’язаних з проблемами надійності та ефективності роботи енергетичного устаткування, а також електроенергетичної системи в цілому. Також розглядаються проблеми електроспоживання, енергозбереження і підвищення якості електричної енергії.

Рік заснування: 1961. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN2224-0349 (Print)

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 17 з 17

Аналіз особливостей системи екранування полімерних ізоляційних конструкцій високовольтного обладнання
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Жорняк, Людмила Борисівна; Афанасьєв, Олексій Іванович; Щусь, Віталій Миколайович
В статті авторами проведено аналіз існуючих систем екранування ізоляційних конструкцій апаратів високої напруги разом з електродами, що знаходяться під високим потенціалом. При цьому розглядаються можливості застосування тороїдальних екранів різного конструктивного виконання та умов їх встановлення в структурі газонаповненого апаратного обладнання (газонаповнені вимірювальні трансформатори струму та напруги, обмежувачі перенапруг тощо) з використанням полімерних ізоляційних матеріалів. На основі аналізу літературних джерел запропоновано найбільш ефективну методику оцінки параметрів електричного навантаження для визначення розподілу напруженості електричного поля вздовж твердої суцільної ізоляційної конструкції газонаповнених високовольтних пристроїв з аксіальною симетрією. Така конструкція являє собою опорно-ізолюючу покришку, заповнену елегазом в якості внутрішнього ізолюючого середовища. Рекомендовано методичні матеріали, що дозволяють оцінити параметри електричного навантаження (напругу та напруженість поля) в залежності від конструктивних особливостей апарату та системи екранування, що використовується для вирівнювання електричного поля. На їх основі створюється можливість здійснити оцінку ефективності впливу конструктивних чинників системи екранування газонаповненого високовольтного обладнання в процесі проектуванні та при удосконаленні окремих конструктивних рішень. Результати аналітичної оцінки такими методами добре узгоджуються з даними експериментальних досліджень та статистичною інформацією, отриманою в результаті моніторингу роботи ізоляційних конструкцій з урахуванням реальних умов експлуатації та впливу зовнішніх чинників. Впровадження отриманих матеріалів дозволяє врахувати вплив зовнішніх факторів і експлуатаційних характеристик, властивих вимірювальним трансформаторам та обмежувачам перенапруг. Для пояснення результатів проведеного в статті аналізу методичних матеріалів, як приклад, наведено результати розрахунків опорно-ізоляційної покришки газонаповненого трансформатора струму серії ТОГ, що зазнає найбільшого впливу під час експлуатації при несприятливих умовах, таких як зовнішнє забруднення, вологість та їх поєднання, а також в умовах перенапруг різного походження тощо. На основі представлених матеріалів можна більш точно визначити ефективність різних систем екранування, спрогнозувати параметри розподілу напруженості поля під впливом системи екранування з урахуванням її конструктивних особливостей. Крім того, на основі сформованих у роботі висновків можна спланувати та провести додаткову серію розрахунків та експериментальних випробувань з урахуванням конкретних особливостей ізоляційних конструкцій. Таким чином, отримані результати можуть бути використані для оцінки параметрів зовнішньої ізоляції як газонаповнених вимірювальних трансформаторів, так і аналогічного високовольтного обладнання розподільних пристроїв і трансформаторних підстанцій.
Атомна енергетика Китаю в контексті декарбонізації світової енергетики
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Назюта, Людмила Юріївна; Степаненко, Данило Вадимович
Проаналізовано глобальну структуру споживання енергетичних ресурсів. Показано, що загальне споживання енергоресурсів у 20 столітті зросло майже в 15 разів і становило у 2000 році близько 118 ПВт∙год. З них понад 80 % припадало на викопні (природні) енергоносії, 13% – на поновлювані джерела енергії і понад 6 % – на атомну енергетику. Така тенденція зберігалася протягом багатьох років. Згідно з прогнозами, відновлювальні джерела енергетики та атомна енергетика домінуватимуть у зростанні світового енергоспоживання, задовольняючи в середньому понад 90 % додаткового попиту. Китай посідає перше місце у світі за ВВП і темпами розвитку електроенергетичного комплексу, а також за обсягом виробництва і темпами розвитку атомної енергетики. Проаналізовано структуру вироблення електроенергії за видами палива в країнах (ТОП 5, 2021) з високим рівнем енергоспоживання. Показано, що основними гравцями на цьому ринку займають три країни: Китай (30 %), США (13 %) та Індія (6 %). Обсяг виробництва електричної енергії в Китаї майже втричі більший, ніж у країнах ЄС і майже в 7 разів більший, ніж у Росії. Розглянуто структуру атомної енергетики та досягнення Китаю в цій галузі. Показано, що в контексті ядерних технологій (створення реакторів четвертого покоління, розробка технологій, близьких до повного замкнутого циклу переробки ядерних відходів) Китай уже зараз готовий значно розширити масштаби застосування атомної енергетики. Особливе місце в роботі приділено безпеці експлуатації ядерних об’єктів. Основна проблема, з якою зіткнеться Китай, – це відсутність нездоланного бар’єру між цивільним і військовим застосуванням таких технологій. Це створює серйозну загрозу екології та безпеці життєдіяльності країни. У довгостроковій перспективі атомній енергетиці належить вирішити також проблему безпечної, довготривалої утилізації радіоактивних відходів. Показано, що надалі Китаю необхідно ще раз розглянути свою ядерну програму в контексті співпраці з Міжнародними організаціями з ядерної безпеки.
Використання пристроїв компенсації реактивної потужності при впровадженні розподіленої генерації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Данильченко, Дмитро Олексійович; Кузнецов, Дмитро Сергійович
В Україні заплановано поступове скорочення вироблення електроенергії на теплових електростанціях за рахунок розбудови відновлюваних джерел електроенергії. Відновлюються малі гідравлічні електростанції, споруджуються сонячні електростанції та вітрові електростанції. Це дозволить вирішити існуючі проблеми вітчизняної енергетики щодо дефіциту паливних ресурсів, енергетичної безпеки та зниження рівня шкідливого впливу на навколишнє середовище, викликане функціонуванням традиційних джерел електроенергії. Спостерігається тенденція переходу від чисто централізованого електропостачання до комбінованого, коли зростає кількість місцевих розосереджених джерел електроенергії безпосередньо в розподільних електричних мережах. Таким чином розподільчі електричні мережі поступово перетворюються в мережу з ознаками, характерними для локальної електричної системи, яка отримує живлення як від власних розподільчих електричних мереж, так і від централізованого джерела – електроенергетичної системи. Відновлювальна енергетика має ряд переваг, порівняно з традиційною, однак є і недоліки. Серед них слід виділити ускладнення функціонування електричних мереж у разі зростання в них встановлених потужностей відновлюваних джерел електроенергії та нестабільність генерування через природну їх залежність від метеорологічних умов, якщо говорити більш конкретно про технічні недоліки то це стосується – синусоїдності напруг і струмів та відхилень напруги, забезпечення якості електроенергії яке напряму залежить від забезпечення балансу по активній та реактивній потужності в електричній системі. Звідси слідує необхідність узгодженого електропостачання від відновлюваних джерел електроенергії і підстанцій електроенергетичної системи. Одночасно здійснюється поступовий перехід від оптового ринку електроенергії єдиного покупця до балансуючого ринку електроенергії та електропостачання за двосторонніми угодами, а також впровадження ринкових методів керування. В даній статті розглянуто заходи щодо зниження втрат електричної енергії, обмеження відхилення напруги, покращення якості електричної енергії та компенсації реактивної потужності локальних навантажень завдяки впровадженню пристроїв компенсації реактивної потужності разом з відновлювальними джерелами електроенергії та полегшення їх інтеграції в електромережу.
Досвід розробки та використання тренажерів для професійної підготовки фахівців у галузі електроенергетики
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Хоменко, Ігор Васильович; Плахтій, Олександр Андрійович; Панфілов, Юрій Іванович; Шуріпа, Данило Андрійович
Розглянуті питання розробки тренажерів для навчання та тестування електроенергетиків та студентів електроенергетичних спеціальностей. Вони базуються на сучасних знаннях в галузі електроенергетики. Приведено основні характеристики тренажерів та вимоги до їх комп’ютерного забезпечення. Розробки реалізують нову методику практичного навчання та тестування електроенергетиків і можуть бути використані на всіх етапах підготовки інженера-електрика. Розглянуті тренажери базуються на поєднанні практичних і теоретичних знань електроенергетичної галузі. Метою розробок є активізація та підвищення ефективності навчального процесу за рахунок впровадження нових технологій навчання. Технічні можливості програмного забезпечення реалізують як індивідуальну, так і командну роботу студентів та електроенергетичного персоналу. Відзначено, що за останні роки на кафедрі передача електричної енергії Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” розроблено та впроваджено в учбовий процес два професійні тренажери, що реалізовані у вигляді двох лабораторних практикумів. Перший допомагає студентам вивчати основні положення Нормативної документації в електроенергетичній галузі, другий – правила та послідовність оперативних перемикань в електричних мережах. Крім того, фахівці визначають високу ефективність тренажерних систем на базі прецедентно-аналітичних моделей. Розглянуто тренажерну програму за циклом Демінга. Її основою є відома концепція постійного поліпшення якості "Плануй-Виконуй-Перевіряй-Дій" (Plan, Do, Check, Act). Для електроенергетичної галузі підхід на основі циклу Демінга може складатись з циклічного планування діяльності, виконання запланованих дій, перевірки отриманих результатів та корегування невідповідності очікуванням. Детально представлений прецедентно-сценарний метод конструювання тренажерної системи на базі програмної платформи системи тренування за циклом Демінга.
Дослідження питань підвищення ефективності передачі електричної енергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Барбашов, Ігор Володимирович; Омеляненко, Галина Вікторівна; Черкашина, Вероніка Вікторівна; Шматов, Антон Олексійович
Проведено дослідження шляхів модернізації струмопровідної частини повітряних ліній для підвищення ефективності передачі електричної енергії за рахунок застосування інноваційних типів проводів. Проаналізовані техніко-економічні характеристики проводів типу АС, ACCR, AERO-Z. За результатами аналізу виявлено, що подальшому вдосконаленню конструкції АС проводів повинні послужити нові прогресивні розробки, які б задовольняли таким технічним вимогам, як надійність, живучість та довговічність; корозійна стійкість; висока адгезійна здатність; несхильність до вібрації під час експлуатації під дією несприятливих кліматичних факторів; стійкість до температурних впливів навколишнього середовища. В якості інноваційного рішення цього питання в зарубіжних країнах розроблено високотемпературні (ACCR) і спеціальної конструкції (AERO-Z) проводи. Виконано порівняльний аналіз типів проводів, які застосовуються в українських електричних мережах, з інноваційними типами проводів, які застосовуються в електричних мережах зарубіжних країн. За результатами порівняння АС, ACCR та AERO-Z проводів слідує, що фактором, який обмежує сферу застосування ACCR проводу, навіть для прольотів з надзвичайно високими вимогами щодо характеристик передачі електричної енергії, є його вкрай висока вартість. Також під час досліджень виявлено, що найбільш доцільним для впровадження в українські електричні мережі є AERO-Z провід. Це обумовлено тим, що технічні характеристики даного проводу кращі за характеристики АС проводу і він має відносно не високу вартість в порівнянні з ACCR проводом, а його спеціальна конструкція адаптована до несприятливих кліматичних умов, які впливають на характеристики передачі електричної енергії.
Дослідження теплового стану трансформатора в залежності від режиму роботи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Мешков, Тимофій Денисович; Данильченко, Дмитро Олексійович; Вольтер, Мартін
Точний аналіз та передбачення теплового стану трансформатора в залежності від режиму роботи, наприклад, в холодну зиму з дефіцитом електроенергії, дозволяє ефективно планувати регулярні технічні обслуговування. В ході роботи було створено математичні моделі для аналізу теплового стану трансформатора, зокрема це моделі для знаходження температури верхніх шарів масла та найвищої температури на обмотці трансформатора. Проведено верифікацію даних математичних моделей шляхом порівняння з вже ідентифікованою моделлю-аналогом. Визначено, що розбіжність між результатами становить не більше ніж 7 %. Встановлено, що на тепловий стан трансформатора температура навколишнього середовища впливає значно більше, ніж навантаження. Це пояснюється тим, що без випадків перенавантаження та аварійних ситуацій навантаження на трансформатор, залежно від пори року, змінюється не суттєво. Визначено, що найбільше зменшення строку та найвища температура на обмотці високої та низької напруги спостерігаються в серпні, що збігається з піком температури навколишнього середовища. Найнижча температура на обмотках, а також найнижче зменшення строку служби трансформатора спостерігаються в січні, що також корелює з найнижчими показниками температури навколишнього середовища. Визначено, що за таких умов експлуатації, враховуючи, що номінальний строк служби трансформатора становить 20 років, фактичний строк служби становитиме приблизно 90 років. Також встановлено, що взимку зменшення строку служби в 5 разів менше ніж влітку. Це дозволяє прогнозувати зниження потреби у технічному обслуговуванні в холодні місяці та більш інтенсивне технічне обслуговування влітку. Крім того, такі моделі дозволяють передбачати потенційні проблеми та аварійні ситуації, що може значно знизити ризики непередбачених відключень та підвищити надійність електропостачання. Регулярний моніторинг та аналіз теплового стану трансформатора дають можливість оперативно реагувати на зміни в умовах експлуатації та приймати своєчасні рішення щодо технічного обслуговування, що сприяє оптимізації витрат та підвищенню ефективності роботи електромереж.
Застосування елегазу в електротехніці. Історичне минуле, сучасний стан та майбутні перспективи
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Гречко, Олександр Михайлович
Актуальним питанням сьогодення є аналіз можливостей щодо застосування елегазу та його ймовірних обмежень використання з точки зору шкідливого впливу на екологію навколишнього середовища. У статті на основі вільних джерел інформації систематизовано історичні факти щодо розвитку елегазу, основні етапи становлення елегазового середовища у якості ізоляції електротехнічного обладнання. Наведено порівняльні характеристики електричної міцності для різних ізоляційних речовин. Проведено дослідження щодо сучасних прикладів застосування елегазу у відмикачках середньої та високої напруги. Проаналізовано приклади застосування елегазу та його сумішей у якості газової ізоляції для високовольтних ліній електропередачі. Показано, що перспективним напрямком розвитку застосування елегазу є його використання у лініях електропередачі із газовою ізоляцією. Наведено конструктивні особливості та приклади практичного застосування високовольтних ліній електропередачі із газовою ізоляцією. Визначено особливості застосування елегазової ізоляції в електроустаткуванні різних класів напруги. Проаналізовані актуальні екологічні проблеми, пов’язані із використанням елегазу та встановлено ймовірні напрямки їх подолання. Розглянуто елементи продуктів розкладання елегазу, які є токсичними і являють найбільшу небезпеку. Наведено характеристики елегазу як парникового газу та показано перспективні шляхи зменшення його застосування. Встановлено, що за рахунок використання не чистого елегазу, а газових сумішей на його основі можна суттєво зменшити відсоток використання елегазу. Встановлено перспективні напрямки подальшого розвитку газового ізоляційного середовища для електрообладнання без використання елегазу.
Зниження виробничого травматизму як шлях вирішення проблеми дефіциту кадрів і зменшення ризиків в енергетиці
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кузьменко, Олена Олексіївна; Мезенцева, Ірина Олександрівна; Вамболь, Сергій Олександрович; Мезенцев, Сергій Миколайович
Енергетична безпека ‒ пріоритетний напрям розвитку економіки і вагома складова національної безпеки держави. Серед внутрішніх загроз енергетичній безпеці фахівці вказують на вади ринку, деградацію техніки і відсталість технологій, недосконалість управління, кадрові проблеми та інше. Однією з причин виникнення дефіциту кваліфікованого персоналу є виробничий травматизм. В роботі проведено порівняльний аналіз даних за період з 2015 по 2023 рік щодо рівня виробничого травматизму в різних галузях економіки і причин нещасних випадків. Встановлено факт різкого зростання загальної кількості страхових нещасних випадків у 2021–2022 роках тільки в двох галузях ‒ сфері охорони здоров’я і сфері постачання електроенергії і газу. В інших галузях економіки число випадків виробничого травматизму у порівнянні з 2015 роком зменшилося. Найбільша кількість нещасних випадків зі смертельними наслідками в енергетичній галузі припадає на ураження електричним струмом персоналу під час технічного обслуговування та ремонту електроустановок. Як показали проведені дослідження, в останні роки суттєво зросла кількість нещасних випадків не тільки з техногенних причин, що пояснювалося пандемією корона вірусної інфекції, але й з організаційних. Серед організаційних причин на перших місцях стоять порушення трудової дисципліни ‒ невиконання вимог інструкцій з охорони праці, невиконання посадових обов’язків, порушення технологічного процесу. Тому розробка пропозицій з удосконалення системи управління охороною праці і трудових взаємовідносин в енергетичній галузі є актуальною задачею. Запропоновані заходи щодо зниження рівня травматизму з організаційних причин в стресових умовах масових невиходів персоналу на роботу внаслідок хвороби чи в період воєнних дій.
Методики розрахунку вологорозрядних характеристик ізоляторів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шевченко, Сергій Юрійович; Данильченко, Дмитро Олексійович; Ганус, Роман Олексійович; Варв'янська, Вікторія Віталіївна
У статті представлено детальний аналіз та порівняння методів розрахунку вологорозрядної напруги ізоляторів. Початкова частина роботи присвячена короткому огляду принципів, що лежать в основі розряду у повітрі вздовж поверхні ізоляторів, що є ключовим аспектом для розуміння вологорозрядних процесів. Розглядаються дві основні методики розрахунку вологорозрядної напруги. Перша методика базується на формулі Теплера, яка потребує використання специфічних вихідних даних, що можуть бути отримані лише експериментально. Цей підхід, хоч і є класичним, утруднює його практичне застосування через складність отримання необхідних параметрів у реальних умовах. Друга методика, описана у літературі, опирається на загальнодоступні дані, що значно спрощує процес розрахунку. На основі цієї методики було створено автоматизований інструмент для розрахунку вологорозрядних характеристик ізоляторів. Використання цього інструменту дозволяє знизити залежність від експериментальних даних, забезпечуючи точні результати з мінімальними витратами часу та ресурсів. Для ілюстрації ефективності запропонованого інструменту було проведено розрахунок вологорозрядних характеристик для ізолятора типу ЛК 70-110. За результатами аналізу, вологорозрядна напруга для цього ізолятора становить 549 кВ, а напруженість – 2,1 кВ на сантиметр довжини шляху струму витоку. Ці показники співпадають з середніми значеннями, отриманими за допомогою першої методики, що підтверджує надійність і точність нової методики. Зроблені висновки свідчать про те, що друга методика розрахунку є повністю задовільною для стандартних розрахунків ізоляторів. Вона також може бути застосована у специфічних умовах, таких як підземні підстанції, де точність і оперативність є критично важливими. Таким чином, запропонована методика розрахунку може стати ефективним інструментом для інженерів та науковців, що займаються проєктуванням та аналізом ізоляційних систем. Ця робота робить значний внесок у розробку та вдосконалення методів оцінки вологорозрядних характеристик ізоляторів, що є важливим кроком до підвищення надійності електричних мереж та безпеки їх експлуатації.
Модель змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Рудевіч, Наталія Валентинівна; Гапон, Дмитро Анатолійович; Лазарєв, Микола Іванович
Виявлено, що ефективне формування понятійно-аналітичного та продуктивно-синтетичного рівнів сформованості професійних знань та умінь щодо проєктування цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем можливе за системного розроблення та використання узагальненої моделі змісту навчання. На підставі вивчення інформаційних моделей технічних систем в якості базового інваріанта прийнято ознакову модель, що включає множину ознак призначення, побудови, принципу дії та параметрів технічної системи. Виявлено, що умовно процес проєктування цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем можна розбити на три етапи, а саме розроблення завдання на проєктування, безпосередньо здійснення проєктування та визначення параметрів функціонування. Визначено причинно-наслідкові ланцюги знань, які складають основу вирішення задач на цих трьох етапах. Виявлено, що методи поетапної декомпозиції та агрегації є ключовими при побудові змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем на основі причинно-наслідкових ланцюгів знань. Обґрунтовано узагальнену модель змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики енергосистем на основі причинно-наслідкових ланцюгів знань. Згідно узагальненої моделі розроблено зміст навчання проєктуванню конкретних мікропроцесорних систем релейного захисту та автоматики енергосистем. За допомогою експериментальної перевірки доведена ефективність змісту навчання проєктуванню цифрових систем релейного захисту та автоматики на основі причинно-наслідкових ланцюгів знань. Результати дослідження можуть бути використані у навчальному процесі професійної підготовки майбутніх інженерів за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка.
Модель оцінювання старіння розподільних трансформаторів за допомогою нечіткої логіки
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ноздренков, Валерій Станіславович; Дяговченко, Ілля Миколайович; Петровський, Михайло Васильович; Волохін, Віталій Васильович
Зараз світ рухається до більш екологічних видів транспорту. Як наслідок, продажі електромобілів зростають за експоненціальним законом, а нові навантаження, пов’язані з їх заряджанням, можуть негативно впливати на роботу електромереж та їх елементів. Нерегульоване одночасне застосування великої кількості пристроїв заряджання електромобілів може викликати аварійні відключення в електричній мережі. Враховуючи стохастичний характер додаткового навантаження від електромобілів, важко передбачити таке навантаження аналітичними методами. Математичний апарат нечіткої логіки може бути використаний для формалізації задач з невизначеністю. В даній роботі у середовищі MATLAB-Simulink було розроблено блок схему алгоритму на основі нечіткої логіки, яка оцінює вплив навантаження від заряджання електромобілів на старіння масляних силових трансформаторів, а також побудована нечітка модель й оцінено вплив для різних відсотків кількості електромобілів. Модель на основі нечіткої логіки включає вплив температури навколишнього середовища, показників якості електроенергії та перевантажень трансформатора. Вона містить діагностичну частину, яка попереджає диспетчера електромережі про можливі проблеми, надаючи актуальну інформацію про стан трансформатора. Крім того, було проаналізовано ефективність застосування фотоелектричних станцій для збільшення терміну служби розподільних трансформаторів. Результати показують, що для високих рівнів використання електромобілей фотоелектричні станції не дають достатнього ефекту і потрібно використати більш просунуті стратегії.
Побудова структури сільських електричних мереж з урахуванням наявності відновлюваних джерел електроенергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Заболотний, Анатолій Петрович; Федоша, Денис Володимирович; Дьяченко, Віра Вікторівна; Ліуш, Юлія Борисівна
Зазначено, що хоча частка відновлюваних джерел електричної енергії продовжує зростати і стрімко розвивається, однак галузь все ще стикається з багатьма проблемами, зокрема, як продовжувати знижувати втрати електричної енергії та річні приведені витрати, покращити ефективність експлуатації та обслуговування, підтримувати стабільність електромережі, забезпечити безпеку та надійність роботи системи електропостачання, що містять відновлювані джерела електричної енергії. Показано, що ефективне рішення зазначених проблем можливе лише на основи аналізу перспектив розвитку локальних електроенергетичних систем, які містять відновлювані джерела електричної енергії, розробки механізмів технічного та організаційного забезпечення, які сприятимуть побудові сучасних системних (схемотехнічних) рішень. Запропоновано застосувати метод потенційної поверхні для побудові оптимальної структури сільської електричної мережі при її проєктуванні та модернізації в умовах присутності в ній відновлюваних джерел електричної енергії, який дозволяє оптимізувати структуру мережі з точки зору втрат електричної енергії та зниження річних приведених витрат. Описано алгоритм формування структури систем електропостачання, який реалізує одночасне вирішення завдань визначення кількості вузлів навантаження, розподілу між ними електроприймачів, визначення конструкції джерел живлення, врахування дискретності конструкції елементів системи. Наведено результати чисельного моделювання на основі запропонованого алгоритму на прикладі розв’язання задачі реконструкції ділянки сільської електромережі.
Розрахунок втрат електроенергії в розподільчих мережах при електропостачанні з використанням масляних та вакуумних вимикачів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Семенов, Анатолій Олексійович; Харак, Руслан Миколайович; Арендаренко, Володимир Миколайович; Бичков, Ярослав Михайлович
Запропоновано метод приблизної оцінки розрахунку втрат навантаження в розподільчих мережах від 6 до 10 кВ, а також для мереж нижчої напруги. Основна перевага цього методу полягає в тому, що середньоквадратичний струм розраховується лише один раз для серії розрахунків. Такий підхід значно скорочує час на проведення розрахунків та підвищує їх точність, оскільки усуває необхідність багаторазового визначення середньоквадратичного струму для кожного окремого розрахунку. Запропонований підхід сприяє кращому розумінню впливу різних факторів на втрати навантаження, що дозволяє здійснювати більш ефективне планування та управління розподільчими мережами. Це особливо важливо в умовах зростання навантаження на електричні мережі та підвищення вимог до їх надійності та ефективності. При розрахунках втрат електричної енергії в розподільчих мережах від 6 до 10 кВ широко застосовуються методи, які використовують узагальнені коефіцієнти електричних схем та режимів роботи у вигляді регресійних рівнянь. Найбільш значущі та незалежні фактори, такі як вхід активної енергії, загальна довжина лінії, кількість ділянок лінії, загальна кількість трансформаторів та їх загальна встановлена потужність повинні бути враховані та входять до розрахункового рівняння. Крім того, важливу роль при втратах електричної енергії в електричних мережах відіграють використані комплектуючі та їх регулярне технічне обслуговування. Основним напрямком досліджень є оптимізація параметрів розподільчих мереж з урахуванням новітніх технологій та матеріалів, а також впровадження автоматизованих систем моніторингу та управління, які дозволять своєчасно виявляти та усувати проблеми, пов’язані з втратами електричної енергії. Запропонований метод оцінки втрат навантаження в розподільчих мережах є перспективним напрямком розвитку енергетичної галузі, який сприятиме підвищенню ефективності та надійності роботи електричних мереж, а також зниженню витрат на їх експлуатацію та обслуговування.
Система керування комбінованою термофотоенергетичною системою
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Євсеєнко, Олег Миколайович; Кануннікова, Надія Олександрівна; Мінакова, Ксенія Олександрівна; Зайцев, Роман Валентинович; Кіріченко, Михайло Валерійович; Хрипунов, Михайло Семенович; Саприкін, Ростислав Ігорович
Протягом останніх років розробка та впровадження енергозберігаючих рішень залишається актуальним і невід’ємним завданням для реалізації шляху зменшення викидів вуглецю та зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Використання комбінованих фотоелектричних/теплових систем обмежується їх високою ціною, пов'язаною головним чином зі складністю їх систем керування, навіть беручи до уваги наявність державних програм фінансової підтримки використання альтернативної енергії. Новизна пропонованої роботи полягає в розробці математичної моделі та аналітичному дослідженні системи керування комбінованою фотоелектричною/тепловою системою для дослідження роботи керуючих і логічних елементів та їх реакції на перехідні та аварійні режими під час роботи таких систем. Метою роботи є проведення експлуатаційного аналізу, аналітичних та оптимізаційних досліджень системи керування комбінованою фотоелектричною/тепловою системою для забезпечення надійної роботи в перехідних та аварійних режимах та значного спрощення проєктування такої системи. В роботі застосовані методи математичного моделювання та використання спеціалізованого програмного забезпечення. За результатами роботи було розроблено математичну модель системи керування комбінованою фотоелектричною/тепловою системою, яка працює зі змінним набором керуючих та логічних елементів. Запропоновано структурне рішення системи керування для подальшого впровадження та натурних випробувань. Розроблено критерії реагування системи керування на перехідні та аварійні режими роботи комбінованої фотоелектричної/теплової системи. Практична цінність. Встановлено допустимі та критичні значення ряду параметрів, що характеризують роботу комбінованої фотоелектричної/теплової системи в нормальному режимі та визначено відхилення від яких свідчать про наявність аварійної ситуації. Запропоновані алгоритми системи керування дозволять підвищити надійність комбінованої фотоелектричної/теплової системи та знизити ризик виникнення аварійних ситуацій під час натурних випробувань та подальшої експлуатації.
Формування коефіцієнту наростання шкали потужностей силових трансформаторів з врахуванням експлуатаційних показників підстанцій
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Баклицький, Владислав Миколайович
В статті наведено послідовність формування коефіцієнту наростання шкали потужностей силових трансформаторів з врахуванням експлуатаційних показників підстанцій. Для цього, на основі техніко-економічної моделі витрат на трансформацію електричної енергії розроблено вираз для пошуку оптимальної потужності силових трансформаторів 110 кВ. Розроблений вираз використано для знаходження оптимальної потужності силових трансформаторів 110 кВ в умовних одиницях, з врахуванням завантаженості підстанцій, що являється основою для формування коефіцієнту наростання шкали потужностей силових трансформаторів. Пошук оптимальної потужності виконано на основі відхилень показників максимальної завантаженості силових трансформаторів та часу максимальних втрат. Показники часу максимальних втрат та максимальної завантаженості розраховано згідно даних погодинної завантаженості силових трансформаторів, з врахуванням наявності вузлів генерації на шинах вторинної напруги. Формування коефіцієнту наростання шкали потужностей силових трансформаторів виконано шляхом пошуку математичного очікування оптимальної потужності та його зсуву на основі границь розподілу двох суміжних потужностей силових трансформаторів. Обґрунтування сформованого коефіцієнту наростання шкали потужностей силових трансформаторів виконано за критерієм мінімуму технологічних втрат електричної енергії, шляхом зіставлення добових графіків втрат в силових трансформаторах. За результатами досліджень слідує, що застосування отриманого коефіцієнту дозволяє зменшити рівень технологічних втрат. Дослідження виконано на прикладі діючих підстанцій з двообмотковими трансформаторами 110 кВ з використанням схеми встановленого режиму роботи електричної мережі.
Формування концептуальної моделі управління технологічними витратами електроенергії в розподільчих мережах 150–0,38 кВ
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Луців, Петро Денисович; Остра, Наталя Вікторівна
В роботі розроблено концептуальну модель процесу управління технологічними витратами електричної енергії в розподільчих електричних мережах 150–0,38 кВ. Проаналізована актуальність та необхідність розробки концептуальної моделі процесу управління технологічними витратами електроенергії, що здійснюється по відношенню до системи розподілу електричної енергії (або ж електророзподільчої системи) в цілому, включно із розподільчими електричними мережами 150–0,38 кВ. В роботі запропоновано концептуальну декомпозицію, розглянуто опис та формалізацію процесу управління електророзподільчою системою за критерієм зниження технологічних витрат електроенергії. Запропонована концептуальна модель описує процес управління технологічними витратами електричної енергії в електророзподільчій системі, як процес регулярного покращення (оптимізації) функціонування електророзподільчої системи та дозволяє у подальшому оптимізувати та автоматизувати процес управління технологічними витратами електроенергії в електророзподільчій системі, з метою досягнення вищих рівнів енергоефективності її функціонування. Показано, що ця модель може бути застосована для вирішення завдань не тільки стратегічного і тактичного управління (в розрізі років та місяців) при формуванні планів розвитку та поточної експлуатації систем розподілу, але і оперативної оптимізації технологічними витратами електроенергії в темпі процесу. За умови розробки відповідного програмного забезпечення (включаючи прогнозування режимів електророзподільчої системи та впливів зовнішнього середовища), система керування технологічними витратами електроенергії представлена трьома контурами керування, які відповідають етапам її розвитку. Показано процеси та інформаційні зв’язки між ними для кожного контуру управління. Кожний процес в концептуальній моделі керування технологічними витратами електроенергії має своє формальне представлення через узагальнені функціональні залежності, а інформаційні зв’язки між процесами відповідають аргументам та значенням цих функцій. Концептуальна модель описує процес управління технологічними витратами електроенергії в електророзподільчій системі як процес регулярного покращення (оптимізації) її функціонування через підвищення її енергоефективності.
Інформаційна модель управління розподіленими джерелами живлення
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Ноздренков, Валерій Станіславович; Петровський, Михайло Васильович; Волохін, Віталій Васильович; Павлов, Андрій Володимирович
В умовах постійного розвитку розподілених джерел електроенергії з’явилась необхідність інтегрування їх у загальну електромережу. Але процес інтегрування повинен враховувати не тільки параметри керування розподіленим джерелом живлення, а й враховувати паралельну роботу декількох таких джерел та параметри енергосистеми у цілому. На самому високому рівні керування потрібно також враховувати економічні показники, які формуються енергоринком. Для здійснення інтегрування можуть ефективно використовуватися спеціальні прилади – керовані інвертори. Найбільш складною задачею є вибір системи управління для керованих інверторів. Існує багато різноманітних систем управління, наприклад, пропорційно-інтегральні, Deadbeat регулятори тощо. Метою даної роботи є побудова інформаційної моделі управління розподіленими джерелами живлення. Для контролю активної та реактивної потужності використовується метод контролю за струмом. Перевагою контролю за струмом є стійкість до варіації параметрів інвертора та зовнішньої мережі, відмінні динамічні показники та більша точність контролю. Запропонований варіант побудови системи автоматичного керування використовує стратегію Internal model control та враховує обмеження на керуючу змінну. Перевагами системи з Internal model control регулятором у порівнянні зі звичним пропорційно-інтегральним регулятором є використання потужного методу керування на основі моделі об’єкту, можливість впливати на нечутливість системи окремим параметром налаштувань, підвищена швидкодія при майже повній відсутності перерегулювання, полегшена процедура налаштування. Така система пропонується для використання в об’єктах, де висуваються жорсткі вимоги до мінімізації перерегулювання та швидкості відпрацювання збурень і завдань. Для моделювання результатів роботи використано програмний комплекс PSCAD.