Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
№ 5 (2015)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

5-16 549
Аннотация

Рассмотрен вопрос реализации одного из распространенных видов векторного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Из известных в настоящее время более 20 видов векторного управления чаще всего применяются: прямое векторное управление с датчиком скорости, прямое бездатчиковое векторное управление, косвенное векторное управление с датчиком и бездатчиковое косвенное векторное управление. Наиболее простое и распространенное – бездатчиковое косвенное векторное управление асинхронными двигателями. Однако бездатчиковые системы векторного управления не позволяют управлять электромагнитным моментом двигателя при нулевой скорости. Поэтому для электроприводов с такими требованиями применяют векторное управление с датчиком скорости. Самое широкое распространение получили системы прямого и косвенного векторных управлений с ориентированием оси х синхронно вращающейся системы координат ху вдоль вектора потокосцепления ротора, поскольку в этом случае получаются простые соотношения для управляющих величин. Хотя эти два вида векторного управления хорошо отражены в литературе, ряд вопросов, касающихся их реализации и практического применения, требует уточнения: адекватное представление структурных схем в соответствии с современной реализацией векторного управления и уточнение аналитических выражений для расчета параметров регуляторов.

Приведена  методика  расчета  динамики  асинхронного  электропривода  с  прямым векторным управлением при ориентировании оси х вдоль вектора потокосцепления ротора. Предложена обобщенная структура этого вида векторного управления с подробным описанием ее основных блоков: системы управления, преобразователя частоты, а также асинхронного двигателя.

Представлена разработанная на основе этой структуры имитационная модель прямого векторного управления в среде MatLab. Описанная методика иллюстрируется результатами компьютерного моделирования конкретного электропривода на основе асинхронного двигателя типа 4А132S4У3 (7,5 кВт) с прямым векторным управлением при номинальной нагрузке, которые подтверждают правильность предложенной методики к исследованию динамики асинхронного электропривода.

16-23 367
Аннотация

Для потребительских трансформаторов распределительных сетей важнейшими параметрами, характеризующими их эффективность, являются значения потерь мощности как нагрузочных, так и холостого хода. Точное определение названных величин способствует более обоснованному выбору оптимизационных мероприятий. Данная тема актуальна, потому что в современных электрических сетях используется немало масляных  трансформаторов,  чей  срок  эксплуатации  значительно  превышает  нормативный (25 лет), а измерение потерь мощности согласно действующим нормативам в условиях непрерывной эксплуатации не всегда возможно.

Представлена усовершенствованная методика определения потерь на основе общепринятой тепловой модели масляного трансформатора. Указаны недостатки существующей методики и обоснованы некоторые изменения в практическом применении математической модели. Сделан акцент на особенностях измерения температуры в масляном трансформаторе. Предложен прототип устройства открытой архитектуры для реализации усовершенствованного метода измерения потерь мощности. Описаны конструктивные особенности устройства, его функциональные возможности и эскизная схема установки. Отмечена возможность не только определять потери мощности, но и передавать полученную информацию диспетчеру по GSM-связи для упрощения мониторинга состояния трансформатора, а также возможность интеграции устройства с системой тепловой защиты трансформатора. Практическая значимость и область применения полученных результатов – это разработка и выбор оптимизационных мероприятий в распределительных электрических сетях (например, замена трансформатора).

23-38 524
Аннотация

Представлена и обоснована методика реализации упрощенной математической модели трехфазной группы трансформаторов тока на основе паспортных (номинальных) данных трансформаторов тока, входящих в моделируемую трехфазную группу. По приведенной методике в среде динамического моделирования MatLab–Simulink–SimPowerSystems реализована упрощенная математическая модель трехфазной группы трансформаторов тока с соединением вторичных обмоток и нагрузок по схеме «звезда c нулевым проводом». Данная модель позволяет получать форму кривой вторичного тока, используя лишь паспортные данные моделируемого трансформатора тока. Таким образом, рассматриваемая модель дает возможность оценивать применимость трансформатора тока с точки зрения правильного функционирования устройств релейной защиты при переходных процессах в энергосистеме.

С  помощью  данной  модели  проведены  вычислительные  эксперименты,  соответствующие характерным режимам работы трансформатора тока: протекание тока короткого замыкания с наличием/отсутствием апериодической составляющей и протекание тока короткого замыкания с наличием апериодической составляющей и остаточной намагниченности трансформатора тока. Рассмотрены режимы неуспешного автоматического повторного включения при различной фазе включения выключателя. Для каждого характерного случая построены осциллограммы. Проведено сравнение двух способов задания кривой намагничивания стали магнитопровода трансформатора тока: ручная аппроксимация и аппроксимация по формуле Оллендорфа. На основании данного сравнения сделан вывод о возможности применения аппроксимирующей функции кривой намагничивания для анализа работы трансформатора тока при переходных процессах в энергосистеме. Разработан графический интерфейс модели, позволяющий в наглядной форме задавать номинальные параметры трансформатора  тока,  остаточную  намагниченность  и  способ  аппроксимации  кривой намагничивания стали магнитопровода. Результаты проведенных вычислительных экспериментов подтвердили адекватность реализованной модели.

ли.

38-50 363
Аннотация

Одним из способов повышения качества электроэнергии является применение силовых активных фильтро-компенсирующих устройств, которые способны одновременно с высокой точностью и быстродействием осуществлять компенсацию потребляемой из сети реактивной мощности, мощности искажения и симметрировать фазные токи сети. Для формирования тока силового активного фильтро-компенсирующего устройства получили распространение несколько теорий мощности, среди которых выделены теория Фризе и pq-теория. Эти представления отличаются от методов, заложенных в системы учета электрической энергии.

В статье выполнен анализ влияния проекций тока в соответствующей системе на характер  формирования  составляющих  мощности.  Сформулированы  преимущества и недостатки применения указанных теорий при работе силового активного фильтрокомпенсирующего устройства с несимметричными параметрами режима сети. Рассмотрено представление несимметричной системы векторов методом симметричных составляющих 1–2–0 (преобразование Фортескью) и посредством α–β–0-преобразования (преобразование Кларка). Для практической оценки взаимосвязи токов в α–β–0 и 1–2–0 системах измерения поставлена и выполнена серия экспериментов, в ходе которых реализованы: однои двухфазная амплитудные несимметрии, однофазная фазовая несимметрия, а также несимметрии при наличии высших гармонических составляющих. На основании сводки эффективных значений токов для серии экспериментов, представленных графически в функции амплитуды тока несимметрии, выявлено несовпадение результатов. Однако визуально отмечено подобие формы и характера, на основании чего выполнен расчет коэффициента корреляции среднеквадратических значений токов в системах α–β–0 и 1–2–0, что позволило сделать вывод о высокой степени взаимосвязи полученных результатов.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

51-59 362
Аннотация

Применение доломита в качестве сорбента для очистки генераторного газа вызывает интерес, поскольку именно загрязненность генераторных газов является основным препятствием на пути создания дешевых и эффективных когенерационных установок. Для проектирования систем очистки газа необходимы простые, но физически адекватные макрокинетические модели термического разложения доломита. В статье проанализированы особенности ряда современных моделей термического разложения доломита и кальцита. Сделан вывод о целесообразности создания компактных инженерных макрокинетических моделей разложения доломита и универсальных методов восстановления параметров этих моделей для конкретных образцов доломита. Такие методы могут основываться на термогравиметрических данных и стандартных алгоритмах минимизации погрешности аппроксимации.

Сделано предположение, что эвакуация СО2 из зоны реагирования может происходить по механизму диффузии и/или фильтрации Дарси. Показано, что для указанных механизмов функциональная зависимость скорости термического разложения от размеров частиц и температуры различна. Сформулированы четыре макрокинетические модели, адекватность которых проверена на основе экспериментальных данных. В данном направлении следует проводить работы по исследованию образцов доломита и выбору модели, наилучшим образом описывающей экспериментальные данные в широком диапазоне температур, скоростей прогрева, размера частиц.

59-68 342
Аннотация

На качество переходных процессов изменения уровня воды в барабане котла при основных воздействиях существенное влияние оказывает выбор структуры системы регулирования,   закона   регулирования   и   оптимальных   параметров   динамической настройки регулятора. В настоящее время  приемы  аналитического  конструирования оптимальных систем регулирования позволяют улучшить качество переходных процессов. Применение метода структурно-параметрической оптимизации и теории инвариантности дает возможность за счет изменения структуры системы и оптимизации динамической настройки системы автоматического регулирования питания существенно улучшить качество поддержания уровня воды в барабане котла. Однако это достигается за счет увеличения максимального значения регулирующего воздействия расходом питательной воды. Вместе с тем, показатель последнего должен быть меньше величины регулирующего воздействия типовой трехимпульсной системы автоматического регулирования питания, так как он напрямую связан с надежностью котельного оборудования, долговечностью металла барабана и водяного экономайзера. Для устранения этого недостатка предложено параллельно реальному инерционному участку объекта регулирования сформировать его динамическую модель, что позволит выделить эквивалентное внешнее возмущение без его измерения, а выход устройства компенсации ограничить до величины регулирующего воздействия типовой трехимпульсной системы автоматического регулирования питания. Это приведет к уменьшению максимальной величины регулирующего воздействия, причем время отработки внешних возмущений останется прежним. При всех воздействиях получено существенное улучшение качества регулирования по сравнению с типовой трехимпульсной системой автоматического регулирования питания.

69-76 377
Аннотация

Предложен простой, но достаточно точный способ вычисления среднего нормативного коэффициента теплопередачи для любого жилого здания по известным размерам с требуемым уровнем тепловой защиты и заданной долей остекления фасадов. Изложена методика определения среднего нормативного коэффициента теплопередачи жилого здания с числом этажей от 1 до 16 и требуемым уровнем теплозащиты. Установлены теоретическая зависимость и параметры, влияющие на величину теплопотерь через наружные ограждения здания. Рассмотрено влияние уровня теплозащиты на нагрузку отопления и расход топлива за отопительный период. Найдены соотношения между нормативными требованиями к уровню теплового сопротивления определенных элементов здания.

Отмечено влияние геометрических характеристик здания на величину теплопотерь доли стен в общей площади наружного ограждения и его относительной величины по сравнению с площадью отапливаемых помещений. Сравнение результатов вычисления удельных теплопотерь для 1-, 2-, 4-, 8и 16-этажных зданий с предельно допустимыми величинами теплопотерь из СНиП 23-02–2003 показало, что расчетные значения ниже предельных в среднем на 12 %. Это позволяет рекомендовать нормативный коэффициент теплопередачи жилых зданий для оценки теплопотерь на предпроектной стадии, когда строительные конструкции наружных ограждений здания еще не определены или находятся в стадии разработки.

76-86 393
Аннотация

Предложены основы теории вентиляционных процессов, возникающих и протекающих в ступенях паровых турбин ТЭС на режимах работы с малыми объемными расходами пара в цилиндре низкого давления. Основы теории включают новые физико-математические модели для расчета вентиляционных потерь мощности и вентиляционных разогревов пара и проточной части турбины; поиск и исследование факторов, вызывающих повышенные изгибные нагрузки на рабочих колесах последних ступеней и способных привести к поломке рабочих лопаток. Приведены практические результаты использования основ теории вентиляционных процессов.

Получена новая математическая зависимость для высокоточной оценки вентиляционных потерь мощности, учитывающая все многообразие параметров, определяющих уровень этих потерь (установлено, что сила Кориолиса вносит вдвое больший вклад в вентиляционные потери мощности, чем центробежная сила). На ее основе получены семь простых формул для оперативной оценки вентиляционных потерь в отдельной ступени (с нераскручивающимися от вращения рабочими лопатками последней ступени, с раскручивающимися от вращения рабочими лопатками последней и промежуточной ступеней), в обеспаренной турбине в целом, в том числе по показаниям штатных приборов, расположенных на разъемах выхлопной части цилиндра низкого давления.

В основе новой системы расчета вентиляционных разогревов заложены два экспериментально установленных факта: вентиляционные потери мощности почти постоянны при очень малых объемных расходах рабочего пара; симметричные вентиляционные потоки в межлопаточном канале до момента их разделения на периферии полностью смешиваются. Это позволяет определить полное приращение энтальпии сбрасываемого из ступени пара по отношению к энтальпии подсасываемого в межлопаточный канал рабочего колеса из парового пространства конденсатора. Установлено и подтверждено влияние широкого спектра параметров на уровень вентпотерь мощности и вентиляционных разогревов в турбинной ступени, перечислены меры борьбы с ними. Результаты расчетов вентпотерь и вентразогревов близки к экспериментальным данным разных исследователей.

87-94 388
Аннотация

Рассмотрена сравнительная эффективность работы низкотемпературных систем теплоснабжения с теплонасосными установками и водогрейными котлами. Показано, что коэффициент трансформации (отопительный коэффициент) и коэффициент использования теплоты топлива в теплонасосных установках не могут быть использованы для энергетической оценки эффективности альтернативных систем теплоснабжения. Однако коэффициент трансформации входит в формулы, характеризующие эффективность работы теплонасосных установок. Получена обобщенная формула для определения коэффициента трансформации. Предложено эффективность работы систем теплоснабжения оценивать при помощи индикаторов, характеризующих относительное увеличение эксергетических коэффициентов полезного действия, экономию топлива и экономию затрат на энергоносители. Получены формулы и построены номограммы для определения этих индикаторов. Сравнительный анализ  эффективности работы  низкотемпературных  систем теплоснабжения с теплонасосными установками и водогрейными котлами показал, что эффективность работы систем с теплонасосными установками повышается при увеличении коэффициентов трансформации, цен на топливо, а также при низких ценах на электроэнергию. Отмечено, что при низких ценах на топливо предельные значения коэффициентов трансформации, при которых эффективность работы теплонасосных установок увеличивается, возрастают, а повышение энергетической эффективности теплонасосных установок не всегда может быть гарантией повышения их экономической эффективности. Полученные результаты справедливы лишь для систем отопления, для систем горячего водоснабжения потребуется дополнительный нагрев воды из конденсатора теплонасосных установок до нормативной температуры от другого источника теплоты, что снижает эффективность использования теплонасосных установок.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)