В микропроцессорных защитах электроэнергетических систем определение контролируемых информационных параметров входных сигналов осуществляется с использованием их ортогональных составляющих. Для формирования указанных составляющих наиболее широко применяются цифровые фильтры Фурье, которые обладают инерционностью. Вследствие этого переходные режимы формирования ортогональных составляющих сопровождаются появлением динамической погрешности. Она состоит из динамических амплитудной и фазовой погрешностей, которые могут существенно влиять на функционирование соответствующих измерительных органов и создавать возможность для их излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях и замедления срабатывания при внутренних коротких замыканиях. Снижение влияния указанных факторов на поведение измерительных органов обеспечивается использованием для выделения ортогональных составляющих быстродействующих формирователей, а также посредством компенсации динамической фазовой погрешности. Предлагаемый метод основывается на получении ортогональных составляющих Фурье с последующим определением по их выборкам расчетных составляющих, которые совпадают или сдвинуты по фазе относительно первых соответственно в установившемся и переходном режимах. По выборкам расчетных ортогональных составляющих и составляющих Фурье вычисляются результирующие ортогональные составляющие с минимальными динамическими фазовыми погрешностями. Оценка эффективности предложенного решения выполнялась методом вычислительного эксперимента с помощью цифровой модели, реализованной в среде динамического моделирования MATLAB-Simulink. При этом в качестве тестовых воздействий использовались как синусоидальные входные сигналы, так и сложные с содержанием апериодической составляющей и высших гармоник. В результате исследований установлено, что предлагаемый метод компенсации динамической фазовой погрешности при формировании ортогональных составляющих является работоспособным и эффективным как при синусоидальном, так и при сложном входных сигналах. Разработанный метод компенсации обеспечивает снижение динамической фазовой погрешности цифровых фильтров Фурье в три-четыре раза.

Вибрации и неравномерность момента на оси генератора на постоянных магнитах приводят к его усиленному износу, шумности, снижению эффективности работы. В статье теоретически рассмотрена возможность устранения осцилляций момента вращения генератора на постоянных магнитах при постоянной нагрузке за счет взаимной компенсации взаимодействия катушек с полем постоянных магнитов при определенной симметрии этого поля. Данный эффект назван пи-резонансом. Для заданного класса модельных функций плотности магнитного поля постоянных магнитов показано, что полная компенсация наступает при определенном числе катушек (N_s) и магнитов (N_r), в то время как для прочих комбинаций {N_s, N_r} взаимодействие носит характер осцилляций. Приведены таблицы пи-резонанса для ряда модельных функций плотности поля, представимых рядами Фурье до пятой степени. Пи-резонанс прежде всего реализуется в случае небольшого различия в значениях N_r и N_s, что соответствует расположению вблизи главной диагонали таблицы пи-резонансов, а также при N_r, N_s, соответствующих простым числам. Количество конфигураций {N_r, N_s}, обеспечивающих пи-резонанс (компенсацию паразитных моментов), наибольшее для синусоидальной плотности магнитного потока и уменьшается, если функция плотности магнитного потока аппроксимируется рядом Фурье высокой степени. В случае отсутствия сердечников катушек пи-резонанс возможен при N_s = N_r. Показана дополнительная возможность пи-резонанса при размещении катушек с противоположных сторон от ротора. Обоснован упрощенный метод исследования системы (без интегрирования уравнения для тока индукции). Результаты могут быть использованы при конструировании генераторов и моторов на постоянных магнитах.  

В статье представлена двумерная конечно-элементная модель магнитного поля магнитной системы синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками. Выявлены особенности распределения магнитных потоков (основного, краевого эффекта, рассеяния) в магнитной системе и построены эквивалентные схемы магнитной цепи исследуемой электрической машины при различных положениях зубца статора относительно полюсов ротора. Обоснована необходимость учета краевого эффекта и зависимости величины потока рассеяния через зубцы статора от координаты положения ротора, что нашло отражение в разработанной аналитической модели для определения потока рассеяния через зубцы статора синхронной электрической машины с дробной зубцовой обмоткой. Проведена проверка адекватности аналитических выражений посредством численного метода (метода конечных элементов). Полученная погрешность расчетов обусловлена принятыми допущениями при построении эквивалентной схемы магнитной цепи исследуемой электрической машины. Незначительное расхождение результатов аналитического расчета и численного эксперимента показывает, что предложенная модель дает возможность решить задачу количественного определения величины магнитного потока рассеяния через зубцы статора с высокой точностью. Кроме того, она позволяет установить влияние геометрических параметров магнитной цепи на характер изменения периодической функции потока рассеяния через зубец статора при наименьших временных затратах, что имеет очевидную практическую значимость. Представленная аналитическая модель может применяться в процессе оптимизации синхронной электрической машины с дробными зубцовыми обмотками.

В статье рассматривается проблема перехода к интеллектуальным системам теплоснабжения за счет создания единого информационного пространства и достижения высокого уровня управляемости всей системы. В рамках внедрения проектов автоматизации технологических процессов решается ряд информационных задач нижнего уровня, в том числе по сбору данных о тепловых и гидравлических режимах работы объектов систем теплоснабжения для осуществления контроля, оперативного управления и анализа эффективности их функционирования. Одна из проблем интеллектуальных систем связана со сбором информации для ее дальнейшего хранения и обработки. Рассмотрены методы сбора информации на реальных энергетических объектах и предложено использовать многоуровневую систему с выделением верхнего уровня в облачное хранилище. Реализованная в настоящее время схема сбора данных в автоматизированных системах управления теплоснабжением может быть дополнена обобщенным методом аккумулирования данных с введением дублирующих потоков, позволяющих обеспечить их целостность. Предложены подходы к идентификации собираемых данных, обеспечению устойчивости процесса сбора, надежности хранения и целостности. Для защиты данных можно использовать ролевую модель безопасности с выделенным единым центром сертификации, а также параллельную обработку данных. Следующий этап развития – создание систем глобального мониторинга, деятельность которых направлена на оперативное реагирование на всех уровнях. Аккумулируемый массив данных позволит вывести эксплуатируемые системы на новый уровень за счет использования таких инструментов, как прогнозирование и имитационное моделирование, и создать цифровые двойники систем теплоснабжения. Дополнительное преимущество создаваемой системы сбора данных – возможность прогнозирования и моделирования на уровне выше отдельно взятой установки или предприятия и, как следствие, помощь в формировании более взвешенных управленческих решений.

Приведен сравнительный анализ методик приближенного теплового расчета конденсатора перегретого пара парокомпрессионного теплового насоса системы теплоснабжения. Рабочее вещество теплового насоса и конденсирующегося пара – хладагент R410a. При однозонной методике конденсатор рассчитывается по одному участку с включением теплоты перегрева в теплоту конденсации и использованием коэффициента перегрева. Двухзонная методика предполагает расчет конденсатора по двум раздельным участкам: охлаждения перегретого пара и собственно его конденсации. Апробация проводилась при численном исследовании конденсатора низкотемпературной теплонасосной системы отопления и горячего водоснабжения с поверхностью теплообмена в виде спирального змеевика труба в трубе, погруженного в нагреваемую жидкость. В первом подходе расход и температура нагреваемой воды ограничены температурой насыщения конденсирующегося хладагента независимо от схемы течения рабочих сред. Методика двухзонного расчета конденсатора перегретого пара с противоточной или перекрестно-противоточной схемой течения рабочих сред позволяет получить реальные результаты по температуре нагреваемой воды, превышающей температуру насыщенного пара хладагента, с учетом расхода нагреваемой воды. В данном случае температура стенки на участке охлаждения выше температуры насыщения, а при конденсации – ниже, что дополнительно подтверждает адекватность данной методики. Использование двухзонной методики с отдельным усреднением физических свойств рабочих сред на участках охлаждения перегретого пара и конденсации, а также температурных напоров дает более точное значение поверхности теплообмена, которая в рассмотренном случае уменьшается до 20 %. На основании проведенных исследований рекомендуется использовать двухзонную методику, позволяющую получить достоверные данные о параметрах конденсатора перегретого пара.

Представлено описание разработанной программы, позволяющей моделировать, термодинамически оптимизировать и производить эксергетический анализ более чем ста различных схем тригенерационных турбоустановок на основе низкокипящих рабочих тел. С помощью программы произведен эксергетический анализ шести схем тригенерационных турбоустановок на органическом цикле Ренкина: на перегретом паре с парокомпрессионной холодильной установкой; с промежуточным перегревом рабочего тела и парокомпрессионной холодильной установкой; на перегретом паре с холодильной установкой с производством углекислоты; с промежуточным перегревом рабочего тела и холодильной установкой с производством углекислоты; на перегретом паре с холодильной установкой с производством углекислоты и охлаждением конденсатора турбоустановки жидкой углекислотой; с промежуточным перегревом рабочего тела, холодильной установкой с производством углекислоты и охлаждением конденсатора турбоустановки жидкой углекислотой. В качестве источника энергии для перечисленных схем использована газотурбинная установка. Изучена возможность применения получаемой жидкой углекислоты для охлаждения конденсатора турбоустановки на органическом цикле Ренкина. Проведен сравнительный анализ двух методов получения холода (при помощи парокомпрессионной холодильной установки и холодильной установки с производством углекислоты) для использования в схемах тригенерации. Исследования базировались на методе эксергетического анализа, результаты которого представлены в виде укрупненных диаграмм Грассмана – Шаргута. Проведен технико-экономический анализ применения промежуточного перегрева в органическом цикле Ренкина, в качестве рабочего тела использовался озонобезопасный фреон R245FA. Сформулированы рекомендации по применению исследованных схем тригенерации на органическом цикле Ренкина.  

Масштабное гидротехническое сооружение, связанное с возведением и эксплуатацией больших плотин и водохранилищ, оказывает влияние на экосистему и физико-географические характеристики района строительства. Помимо этого, в период прохождения катастрофических паводков и половодий возрастает опасность гидродинамической аварии, т. е. переполнения водохранилищ, перелива через гребень земляной плотины и ее разрушения, сопровождаемого образованием прорана и истечением через него в нижний бьеф неустановившегося потока воды в виде волны прорыва. Процесс размыва грунтовой плотины вследствие перелива воды через гребень можно разделить на две стадии. На первой размывается низовой откос, по которому вода движется как по быстротоку. Профиль плотины, вначале трапецеидальный, к концу размыва принимает форму, близкую к треугольной, причем отметка гребня со стороны верхового откоса остается постоянной. Вторая стадия характеризуется интенсивным снижением гребня, плотина быстро приобретает форму водослива практического профиля, которая сохраняется до конца размыва. В это же время происходит интенсивное расширение прорана. Как показал анализ, существующие математические модели, используемые для расчета динамики размыва плотины, особенно ее первой стадии до расширения прорана, несовершенны. В статье представлена разработанная авторами уточненная методика моделирования процесса размыва грунтовых плотин при переливе воды через гребень. Производимые по ней расчеты позволяют построить гидрограф расхода в створе размываемой плотины. Методика может применяться при разработке проектной документации на первой стадии проектирования плотин, а также при определении прогнозных количественных и качественных характеристик водного режима водохранилищ.