Вестник МЭИ

Регулирование тока в шестифазном тяговом двигателе с расщеплёнными обмотками при обрыве фазы

Евгений [Evgeniy] Олегович [O.] Столяров [Stolyarov] — 2024-06-18

Электрическая двигательная установка самолета или беспилотного летательного аппарата должна соответствовать высоким стандартам безопасности и обеспечивать отказоустойчивую работу в случае частичных отказов. Данное требование выполняется за счет аппаратных средств и системы управления. Обрыв цепи в одной фазе — наиболее распространенная неисправность, при которой можно продолжать создавать тот же крутящий момент, меняя задания тока в других фазах.

Рассмотрен шестифазный тяговый двигатель с постоянными магнитами с расщеплёнными обмотками и предложен метод формирования опорного вектора тока с помощью оставшихся в работе фаз. Показано, что требуется увеличение амплитуды тока на 23,6%, тогда как простое увеличение токов на 20% дает тот же средний крутящий момент за оборот при 20%-й пульсации момента. Поскольку пульсации крутящего момента могут вызвать механический резонанс и выход из строя винта, предлагаемый метод целесообразен даже при несколько более высоких омических потерях. Представленный метод подходит для использования в составе системы управления двигательными установками летательных аппаратов.

Методика управления динамической устойчивостью глобального энергетического объединения

Ирина [Irina] Сергеевна [S.] Анисимова [Anisimova] — 2024-06-18

Крупные энергосистемы с сетями переменного и постоянного тока являются прочной основой для объединения разнообразных объектов генерации, передачи электроэнергии на дальние расстояния и распределения ее по обширным территориям. Именно электрические сети с большой пропускной способностью станут фундаментом для создания Глобального энергообъединения (ГЭО) и выступят в его рамках в роли магистральных электрических сетей. Его отличительная особенность — разнообразие используемых источников энергии, оборудования и обширная территория покрытия. Цель работы заключается в разработке методики управления устойчивостью ГЭО, которая будет представлять собой процесс, направленный на регулирование условий устойчивости, в том числе, обеспечение устойчивости системы, путём обоснованного применения технических способов и средств. Методология проведения работы по обеспечению устойчивости электроэнергетической системы (ЭЭС) при больших возмущениях базируется на обеспечении устойчивого взаимного движения вращающихся масс системы, связанных между собой электромагнитным взаимодействием. Обеспечение устойчивости выполняется двумя путями: исключением природы неустойчивого движения (устойчивость по углу) и через управление характеристиками электромагнитной связи вращающихся масс (управление параметрами пропускной способности электрических связей).

Сформулированы критерии обеспечения устойчивости энергообъединения, проведена их апробация на расчётной модели ГЭО в ПВК ETAP. Применение полученных результатов работы представлено в виде предложений по коррекции существующей нормативной документации, разработанной национальными системными операторами энергосистем.

Коэффициенты действующих значений первой гармоники для расчета броска тока намагничивания

Дмитрий [Dmitriy] Олегович [O.] Благоразумов [Blagorazumov] — 2024-06-18

Обозначены проблемы отстройки токовых отсечек без выдержки времени, выполненных на микропроцессорной элементной базе по условию их несрабатывания при бросках тока намагничивания, связанные с устаревшими методиками расчета из руководящих указаний по релейной защите. Для решения указанных проблем рассмотрены зависимости расчета коэффициентов действующих значений первой гармоники для расчета броска тока намагничивания. Приведенные зависимости позволяют выполнить расчет коэффициентов действующих значений первой гармоники броска тока намагничивания с учетом обобщенной кривой затухания, различных марок стали и видов включения силовых трансформаторов. Коэффициенты действующих значений первой гармоники броска тока намагничивания даны в виде кривых, в том числе отражающих затухание броска тока намагничивания по времени. В соответствии со значением коэффициента в момент времени, который зависит от времени срабатывания защиты, можно рассчитать значение броска тока намагничивания, от которого необходимо отстроить защиту. Описанный подход позволяет получить действующее значения первой гармоники броска тока намагничивания для точного расчета параметров срабатывания любого устройства релейной защиты вне зависимости от типа его элементной базы. С целью облегчения процесса расчета значения броска тока намагничивания разработана автоматизированная программа расчета величины действующего значения первой гармоники броска тока намагничивания.

Применение возобновляемых источников энергии в электроэнергетической системе острова Хувентуд (Isla de la Juventud)

Одалис Мария [Odalis Mariya] Санчес Гомес [Sanchez Gomez] — 2024-10-11

В настоящее время широко внедряется производство энергии на основе возобновляемых источников энергии, поскольку оно считается экологически чистым видом производства. Однако его переменный, прерывистый и непредсказуемый характер означает, что непрерывное производство энергии не гарантируется. Для выравнивания графика выдачи мощности электростанции на базе возобновляемых источников энергии применяют системы накопления энергии, выбор которых осуществляется с учетом технических и экономических ограничений.

Представлены факторы, влияющие на увеличение доли солнечных электростанций в структуре генерирующих мощностей энергосистемы. Анализ условий использования солнечных электростанций показал необходимость применения системы накопления энергии для регулирования частоты и обеспечения качества электроэнергии.

Расчет распределенных заземляющих устройств в сетях различных классов напряжения

Дмитрий [Dmitriy] Николаевич [N.] Удинцев [Udintsev] — 2024-06-18

При обрывах фазных и нулевых проводников в сетях различных классов напряжения возможно временное сохранение работоспособности электрической сети вместо отключения ее поврежденного участка. Это может быть достигнуто за счет применения неполнофазных режимов работы сети, в которых заземляющие устройства будут обеспечивать функцию нулевого или фазного проводников.

Рассмотрены существующие нормативные требования к значениям сопротивления заземляющих устройств в соответствии с Правилами устройства электроустановок. Описаны теоретические положения для расчета распределенных заземляющих устройств, приведены схемы замещения электрической сети для заземляющего устройства, представляющего собой решетчатую конструкцию как частный случай распределенных заземляющих устройств. Эмпирически выведена формула, позволяющая вычислить сопротивление распределенных заземляющих устройств, обеспечивающее применение режима двухстороннего однофазного замыкания на землю. С использованием полученной формулы построены зависимости сопротивления распределенных заземляющих устройств от расстояния между ними для разных значений удельного сопротивления грунта. Выведены зависимости сопротивления распределенных заземляющих устройств и неповрежденной фазы при разных значениях длины электрода заземляющего устройства для различного исполнения проводов воздушных линий. Проведены экспериментальные исследования для верификации полученных результатов теоретических исследований, по результатам которых определено, что сходимость результатов теоретических и экспериментальных данных сопротивления распределенных заземляющих устройств составляет от 78 до 93 %.

Геотермальная теплогенерация в России: состояние и перспективы развития

Виталий [Vitaliy] Анатольевич [A.] Бутузов [Butuzov] — 2024-06-18

Представлены данные утвержденных запасов водяных геотермальных месторождений России — всего 238,8 тыс. м³/сут., их добычи в 2021 г. — 25,7 млн м³/год, оценки перспектив геотермальной теплогенерации (ГТ) — 2000 МВт. Приведены основные характеристики 23-х эксплуатируемых месторождений на Камчатке и Северном Кавказе. Описана деятельность ведущих научных организаций страны по геотермальным исследованиям, в том числе Института вулканологии и сейсмологии (ИВиС) ДВО РАН и Института проблем геотермии и возобновляемой энергетики ОИВТ РАН. Отмечена актуальность работ ИВиС по перспективам ГТ вулканов Камчатки с бурением скважин на сверхкритические параметры (СКП). Описана деятельность региональных организаций по разведке и добыче геотермальных ресурсов. Дан перечень нормативной и справочной литературы по проектированию, обустройству и эксплуатации термоводозаборов. Указаны отличия в создании ГТ для глубинных (более 400 м) и поверхностных геотермальных ресурсов. Выделены и описаны основные схемные и технические решения ГТ, в том числе открытые с использованием пластовых давлений и закрытые с реинжекцией теплоносителя. На примере ГТ в п. Розовом Краснодарского края продемонстрирована перспективность создания гибридных систем геотермального теплоснабжения населенных пунктов с использованием солнечной энергии. Отмечена перспективность использования на Камчатке исландского опыта создания централизованных систем ГТ тепловой мощностью до 216 МВт. Обоснована необходимость увеличения целевого финансирования, сооружения опытных и демонстрационных объектов, создания Центра компетенций геотермальной теплогенерации.

Верификация данных по ветровым ресурсам базы данных «NASA SSE» для равнинной местности на территории энергосистемы Юга России

Галина [Galina] Владимировна [V.] Дерюгина [Deryugina] — 2024-06-18

На ранних этапах проектирования, как правило, отсутствуют данные ветровых измерений на предполагаемой площадке для размещения ветроэлектрической станции (ВЭС), и оценка ветровых ресурсов производится по различным информационным источникам (базам данных (CБД)), одним из которых является CБД «NASA SSE». Представлены результаты верификации данных по ветровым ресурсам CБД «NASA SSE» на равнинной местности ОЭС Юга, которая проводилась на основе сравнения с данными метеорологических измерений на площадках 14-ти наземных метеостанций (МС) из CБД «Расписание Погоды», расположенных в аэропортах на территории ОЭС Юга. Приведены результаты анализа влияния некоторых факторов (географического положения, высотной отметки и открытости площадок МС) на погрешность данных CБД «NASA SSE». По результатам проведенных расчетов выявлена применимость данных CБД «NASA SSE» на большей части территории ОЭС Юга. Дана модель вертикального профиля (ВПВ), разработанная по данным CБД «NASA SSE» для моделирования ряда скорости ветра по высоте на площадках ВЭС на территории ОЭС Юга.

Оптимизация проектных параметров шельфовых ветроэнергетических установок для электроснабжения морских платформ

Виктор [Viktor] Георгиевич [G.] Желанкин [Zhelankin] — 2024-06-18

Вопросы энергоснабжения нефегазодобывающих платформ на шельфе, расположенных на значительном удалении от берега чрезвычайно актуальны и важны. Поставлена задача обоснования экономической эффективности замены части газотурбинных установок, снабжающих проектируемую нефегазодобывающую платформу в Северном Каспии (вариант обустройства месторождения им. Ю.С. Кувыкина c суммарной мощностью потребления 16,2 МВт) на несколько шельфовых ВЭУ в комплексе с накопителем энергии в виде литий-ионных батарей. Сформированы нагрузки на ВЭУ и выполнены расчеты параметров свайных фундаментов ветроустановок с учетом требований новых нормативных документов. Установлено, что наиболее целесообразно изготовление фундамента с максимальной глубиной забивки свай не более 35 м и усиленной опорной частью для ВЭУ с расстоянием между четырьмя сваями 12 м. Предварительные оценочные расчеты укрупненных экономических показателей для указанных решений демонстрируют существенную экономическую эффективность замены двух газотурбинных установок на ВЭС, включающую пять ветроустановок в комплексе с литий-ионными батареями.

Эффективность вспомогательной промывки при обогащении углей с применением однофазных тяжёлых сред

Иван [Ivan] Андреевич [A.] Бураков [Burakov] — 2024-06-18

Цель исследования — изучение возможности повышения качества (уменьшение зольности, увеличение теплоты сгорания) угля, применяемого для энергетических объектов, функционирующих на территории Российской Федерации. Повышение качества твёрдого топлива предполагается осуществить за счёт реализации процессов гравитационного обогащения на основе тяжёлосредной сепарации с последующей вспомогательной промывкой. В роли тяжёлой среды в рассмотренных процессах выступают природные подземные хлоридные натриевые рассолы, бишофит и сточные воды Na-катионитных фильтров. Оценена возможность применения в качестве промывочной воды при проведении вспомогательного процесса промывки вод различной минерализации. Рассмотрено применение обессоленной воды после установок обратного осмоса, вод из системы водоснабжения НИУ «МЭИ», вод поверхностных источников (вода р. Яуза), сточных вод Na-катионитных фильтров и отработанной тяжёлой среды из рабочей зоны гравитационного сепаратора корытного типа (отработанных природных подземных хлоридных натриевых рассолов, отработанного бишофита, отработанных высокоминерализованных сточных вод Na-катионитных фильтров). В процессе оценки эффективности проведена экспериментальная работа с обогащённым углём на основе моделирования процесса вспомогательной промывки. Определена зольность в соответствии с нормативами до и после проведения вспомогательной промывки испытуемой средой. Подтверждена возможность использования в качестве промывочной среды в процессах вспомогательной промывки обессоленной воды после установок обратного осмоса, вод из системы водоснабжения НИУ «МЭИ», вод поверхностных источников (вода р. Яуза), сточных вод Na-катионитных фильтров. Полученные результаты могут быть использованы как при разработке энергетических объектов, так и в рамках функционирования обогатительных фабрик и энерготехнологических комплексов.

Разработка энерготехнологических схем компрессорных станций на основе глубокой утилизации вторичных энергетических ресурсов

Петр [Petr] Аркадьевич [A.] Шомов [Shomov] — 2024-06-18

В свете требований повышения энергетической эффективности экономики Российской Федерации и обеспечения энергетической безопасности страны ПАО «Газпром» является одним из основных гарантов их выполнения.

Энерговооруженность газовой промышленности определяется потребностями технологических процессов добычи, транспортировки, хранения, переработки и распределения природного газа. При этом основная часть расхода энергоресурсов (топлива и электроэнергии) приходится на магистральный транспорт газа. Совершенствование теплогидравлического режима транспорта газа и техническое перевооружение существующих компрессорных станций позволит снизить потребление ТЭР в два и более раз

Сравнение эффективности использования регулируемых (поворотных) сопловых лопаток в ступенях турбин различного типа

Леонид [Leonid] Яковлевич [Ya.] Лазарев [Lazarev] — 2024-06-18

Высокая эффективность ступеней турбин с регулируемыми (поворотными) сопловыми лопатками (ПСЛ) во многом определяется возможностью достижения минимально допустимого зазора между торцами поворотных сопловых лопаток и неподвижными корневым и периферийным меридиональными обводами и сохранения его при повороте лопаток, так как перетекания рабочего тела через зазоры являются основным источником потерь.

Осуществление требования минимальности и сохранности зазоров в поворотных сопловых аппаратах возможно за счёт использования различных типов турбинных ступеней — осевых, радиальных, радиально-осевых с активным либо реактивным облопачиванием рабочих колёс. При этом следует учитывать уровень сложности и стоимость технологического изготовления того или иного типа ступени.

Представлены результаты расчётного (в ANSYSCFX) исследования влияния переменных расходов рабочего тела на относительный внутренний КПД для четырёх вариантов турбинной ступени: осевой активной ступени (ОС-А); радиально-осевой ступени (РОС); ступени с радиальным сопловым аппаратом (РСА), кольцевым безлопаточным радиально-осевым каналом (КРОК) и осевым рабочим колесом (ОК); осевой реактивной ступени (ОС-Р).

Расчёты выполнены в широком диапазоне изменения частоты вращения и расхода (0,5 < G_i/G₀< 1,5). Проведён подробный анализ влияния отдельных составляющих потерь на КПД h_oi. Наибольшие значения КПД h_oi во всём диапазоне изменения расхода рабочего тела получены для радиально-осевой ступени (РОС).

Текущее состояние и перспективы обращения с графитом из уран-графитовых реакторов

Небойша [Nebojsa] Марич [Marich] — 2024-06-18

Цель настоящего исследования — сбор информации по текущей ситуации с графитом из уран-графитовых реакторов во всем мире. Рассмотрены технические, организационные, экономические и общественные аспекты этого вопроса. Изучены работы по исследованию самых перспективных методов обращения с графитом, как с точки зрения определения радиационных и механических характеристик, так и с точки зрения его дальнейшей обработки. Подобраны публикации, в которых отражены факторы, в современном западном обществе сильно влияющие на исследуемые методики (общественное мнение, экономика и безопасность всех процессов).

Собрана и проанализирована информация о текущем состоянии большинства составляющих процесса обращения с радиоактивным графитом — его классификация, способы демонтажа, методы обработки и упаковки и места его окончательного захоронения. Обобщена статистика объемов и текущее состояние графита по всем странам, в которых такие реакторы существуют, перечислены текущие регламенты и согласованные властями этих стран пути обращения с графитом. Проанализировано большинство на сегодняшний день предложенных методов по определению его физического состояния и радиационных характеристик, его обработки с точки зрения практического применения в промышленных масштабах, изучена информация о глубоких геологических хранилищах во всем мире, а также проанализированы доступные сведения о реализованных проектах по снятию с эксплуатации уран-графитовых реакторов. Рассмотрен новый взгляд на влияние возможного выхода самого значимого радионуклида в реакторном графите — ¹⁴С на естественное его содержание в природе. Проведено сравнение стоимостей так называемого «базового» и «Carbon Capture and Sequestration» методов в Великобритании, а также тарифов на захоронение для глубоких геологических хранилищ для средне- и высокоактивных отходов в России.

Сделан вывод, что на сегодняшний день нет универсальных и готовых решений по безопасным и экономически целесообразным методам полного цикла демонтажа и утилизации реакторного графита, но, с другой стороны, работа позволила выявить возможно единственные направления, в которых надо проводить будущие исследования и расчеты.

Учет виброакустических напряжений при расчете на хрупкое разрушение корпуса реактора ВВЭР

Иван [Ivan] Алексеевич [A.] Никитченко [Nikitchenko] — 2024-06-18

The article discusses matters concerned with consideration of stresses caused by natural coolant pressure fluctuations. Information is provided on the relevance of this problem for ensuring reliable operation of nuclear power plants with pressurized water reactors and a more complete account of various factors. Loading modes are analyzed, and calculations of stresses caused by natural coolant pressure fluctuations are evaluated. Stress states and stress intensity factor distributions are studied. It is shown that, although the stress values caused by natural fluctuations in coolant pressure are not decisive in nature, they still require consideration for more accurately analyzing the stress state. The influence of these stresses and other factors on the results of predicting the resistance to brittle fracture in the reactor vessel nozzle and weld seam areas is analyzed. The results obtained may be relevant for brittle fracture predictions when the reactor pressure vessel has been in operation for a long time due to accumulation of defects in these areas under the conditions of long-term neutron fluence and high temperature.

Анализ чувствительности для запроектных аварий энергоблока с ВВЭР-1200

Михаил [Mikhail] Алексеевич [A.] Полевой [Polevoi] — 2024-06-18

В соответствии с последними требованиями российских и зарубежных регулирующих органов моделирование запроектных аварий должно сопровождаться анализом чувствительности результатов к допускам исследуемых параметров. Результатом анализа чувствительности является определение степени влияния каждой из неопределенностей на исследуемые параметры.

В рамках настоящей работы применена общепринятая методика к проведению анализа чувствительности запроектной аварии «Потеря неаварийного питания переменным током вспомогательного станционного оборудования (обесточивание АЭС) с отказом по общей причине систем программируемой автоматики» для проверки возможности ее использования при анализе запроекных аварий, поскольку ранее анализы запроектных аварий не сопровождались выполнением анализа чувствительности.

Результатами анализа чувствительности стали:

значения, характеризующие разброс критериальных параметров (максимальная температура оболочек, максимальное давление первого и второго контура);

коэффициенты ранговой корреляции Спирмена;

графики плотности распределения и графики распределений результатов расчета.

Представлена методика выполнения анализов чувствительности ЗПА без плавления топлива с плотным первым контуром, позволяющая в полной мере учесть требования международных и российских надзорных органов. Она может быть распространена на все проекты реакторных установок с ВВЭР.

Определение радиационных характеристик металлических конструкций РУ РБМК-1000, остановленных для подготовки к выводу из эксплуатации

Сергей [Sergey] Сергеевич [S.] Селькин [Sel’kin] — 2024-06-18

С целью прогнозирования объемов образования и характеристик активированных средне- и высокоактивных радиоактивных отходов при выводе из эксплуатации энергоблоков с реакторной установкой РБМК проведено расчетное исследование радиационных характеристик металлических конструкций энергоблока № 1 Ленинградской АЭС (ЛАЭС). Расчеты проведены методом Монте-Карло с применением ПК «MCU-RBMK» и ПК «Serpent». Представлена оценка потенциального распределения металлических конструкций по категориям и классам РАО с учетом изменений системы классификации РАО с 01.01.2024 г.

Поддержка принятия решений в области анализа энергоэффективности подвижного состава

Алексей [Aleksey] Игоревич [I.] Давыдов [Davydov] — 2024-06-18

При проведении анализа энергетической эффективности такого энергоемкого сегмента экономики нашей страны как железнодорожный транспорт, значительные резервы снижения удельных энергозатрат целесообразно искать на самом нижнем уровне детализации данных — уровне поездки, выполняемой локомотивными бригадами.

Представлен подход к исследованию энергетической эффективности подвижного состава в эксплуатационном локомотивном депо на основе статистического исследования массивов информации автоматизированных систем о выполнении перевозочной работы и расходе топливно-энергетических ресурсов для формирования выводов о сложившейся ситуации. При этом важно отсеять недостоверные данные, попавшие в базы данных из-за неисправности технических средств учета, бортовых систем или в результате ошибки оператора на этапе ввода информации. Фильтрация данных проводится после декомпозиции массива информации по сериям подвижного состава, видам движения и видам работы. При необходимости может быть выполнена детализация до каждого конкретного локомотива или локомотивной бригады. На основе полученных выводов формируется или, при необходимости, корректируется программа повышения энергетической эффективности в части наиболее затратной части бюджета железнодорожного предприятия — тяги поездов. Следует отметить, что настоящий анализ выполнен в основном для выявления подвижных единиц, имеющих повышенный расход энергии из-за их технического состояния или локомотивных бригад, не владеющих эффективными приемами вождения поездов. Данный алгоритм может быть реализован в системе поддержки принятия решений в области анализа энергопотребления тяги поездов.

Влияние синонимического преобразования данных на качество моделей машинного обучения

Никита [Nikita] Григорьевич [G.] Бабак [Babak] — 2024-06-18

В настоящей работе поднимается проблема, что персональные данные после обезличивания становятся непригодными для использования в некоторых задачах машинного обучения. Основная цель — изучение возможностей синонимического обезличивания данных для сохранения качества моделей машинного обучения согласно требованиям федерального закона о защите персональных данных. Проанализирован эффект обучения моделей глубокого обучения на обезличенных данных с применением классических методов обезличивания и синонимического преобразования, сравниваются метрики качества этих моделей с аналогичными моделями, обученными на необезличенных данных. Выявлено, что использование классических методов обезличивания привело к ухудшению характеристик моделей машинного обучения в среднем на 33%, в то время как модели, обученные на синонимически обезличенных данных, продемонстрировали сопоставимое качество с моделями, обученными на персональных данных. Синонимическое преобразование данных предложено как эффективный подход обезличивания данных для машинного обучения, увеличивающий их доступность для аналитики и исследований без ущерба для качества и снижающий риски, связанные с обработкой и передачей персональных данных.

Регуляризация сингулярно возмущенного интегро-дифференциального уравнения с несколькими нестабильными спектральными значениями экспоненциальной неоднородности

Абдухафиз [Abdukhafiz] Абдурасулович [A.] Бободжанов [Bobodzhanov] — 2024-06-18

Рассмотрена интегро-дифференциальная задача Коши c двумя экспоненциальными неоднородностями, спектральные значения которых обращаются в нуль в различных изолированных точках отрезка независимой переменной. Задача относится к классу сингулярно возмущенных уравнений с нестабильным спектром. Ранее анализировалась аналогичная задача при наличии одной точки нестабильности спектральных значений. Особую трудность представляет исследование таких задач в окрестности нулей спектрального значения неоднородности. В данном случае возможность применения известной процедуры метода регуляризации Ломова не просматривается, поэтому авторы избрали метод построения асимптотики решения исходной задачи, основанный на использовании регуляризованного асимптотического решения фундаментального решения соответствующего однородного уравнения, построение которого с позиций метода регуляризации до настоящего времени не рассматривалось. В первой части исследования разрабатывается алгоритм метода регуляризации для построения асимптотики (любого порядка по параметру) фундаментального решения соответствующего однородного интегро-дифференциального уравнения. Вторая часть посвящена конструированию асимптотики решения исходной задачи. Подробно строится главный член асимптотики и указывется на возможность построения ее высших членов.

Памяти Дмитрия Александровича Горицкого (1940 — 2024)

Редакционная [editorial] статья [article] — 2024-10-15