Development and simulation of the Institute of ionosphere measuring complex energy consumption

Abstract

The work is devoted to solving an urgent problem - the development of a computer model of the energy consumption system of the Institute of the ionosphere of the National Academy of Sciences and the Ministry of Education and Science of Ukraine in order to solve the problem of increasing the energy efficiency of the measuring complex. The power supply system of the complex is described, a generalized structural diagram of the loads -powerful consumers of electricity is presented. The graphs characterizing the energy consumption of individual powerful loads are presented, the problem of compensating the reactive power of loads is shown. The adequacy of the developed model is confirmed by the coincidence of the shape and values of the experimentally obtained characteristics on loads with the characteristics of the model. The model adequacy was assessed by the variance of feedback deviations from the system mean. The results obtained confirmed the possibility of using the developed Matlab-model of the energy consumption system of the measuring complex for creating and testing on the model of an energy-efficient power supply system, which will ensure the stable operation of scientific equipment for the implementation of research programs of the NAS of Ukraine.

Роботу присвячено вирішенню нагальної проблеми - розробці комп’ютерної моделі системи енергоспоживання Інституту іоносфери НАН та МОН України з метою вирішення проблеми підвищення енергоефективності вимірювального комплексу. Описано систему електропостачання комплексу, представлено узагальнену структурну схему навантажень - потужних споживачів електроенергії, описано характер навантаження з точки зору якості електроенергії. Визначено, що найбільш потужний споживач електроенергії вимірювального комплексу - формувач потужних зондуючих імпульсів, який здійснює генерацію, посилення і передачу потужних зондуючих імпульсів і будується за дво- або чотириканальною схемою, кожен канал якої є імпульсний передавач, що генерує високочастотні зондуючі імпульси. Експериментальні дані, представлені у роботі, показали, що режим електроспоживання Інституту іоносфери характеризується значною сквапністю. Представлено графіки, що характеризують споживання енергії окремими потужними yавантаженнями, показано проблему компенсації реактивної потужності навантажень. Адекватність розробленої моделі підтверджується збігом форми та значень експериментально отриманих характеристик на навантаженнях з характеристиками моделі. Адекватність моделі оцінювалась за середнім значенням відгуків моделі і системи. Отримані результати підтвердили можливість використання розробленої Matlab-моделі системи енергоспоживання вимірювального комплексу для створення та випробування на моделі енергоефективної системи електропостачання, що забезпечить стабільну роботу наукового обладнання для впровадження дослідницьких програм НАН України. Зроблено висновки щодо можливості підвищення якості електроенергії живлення потужного споживача за допомогою фільтрокомпенсуючих пристроїв, що дозволяє зменшити втрати енергії та поліпшити електромагнітну сумісність вимірювального комплексу Інститута іоносфери з мережею живлення. Проаналізовано літературу щодо створення та застосування багатофункціональних енергоефективних компенсаторів неактивних складових повної потужності, що дозволяють успішно вирішувати задачу компенсації реактивної потужності, що генерується або споживається навантаженням, фільтрації вищих гармонік струму.