05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи
http://ir.stu.cn.ua/123456789/15538
2024-03-28T18:17:15ZСистема ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю
http://ir.stu.cn.ua/123456789/24242
Система ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю
Ткач, В. І.
Дисертаційна робота присвячена подальшому розвитку теорії і практики
пристроїв визначення місць пошкодження в системах електропостачання
загального призначення.
Проаналізовані існуючі методи та засоби пошуку місці пошкодження на
повітряних лініях 6-10кВ, що працюють в мережах з ізольованою нейтраллю.
Встановлено, що існуючі засоби дозволяють лише звузити зону пошуку до
окремого відгалуження від магістралі повітряної лінії та не дозволяють визначати
точне місце та тип пошкодження.
Проведено аналіз наукових публікацій та патентів, що пов'язані з
вирішенням проблеми пошуку однофазних замикань, який показав, що дана
проблема є недостатньо вирішеною, оскільки підходи, які пропонуються авторами
цих робіт, є достатньо складними та не враховують другорядних факторів, які
впливають на точність визначення місця пошкодження. Технічні засоби, що їх
реалізують, є дорогими та самі потребують значних експлуатаційних витрат.
Проведено аналіз ретроспективної інформації з 2012 по 2017 роки по
відмовам, викликаними однофазними замиканнями на землю в мережах 6-10кВ по
ПАТ «Чернігівобленерго», який показав, що найбільша кількість знеструмлень
виникає через пошкодження штирьової ізоляції (46,8%). Встановлено, що
найбільший середньорічний недовідпуск електричної енергії спостерігається
також при пошкодженнях штирьової ізоляції повітряних ліній 6-10 кВ і сягає
45,9% від загального середньорічного недовідпуску, що у іменованих одиницях
становить 21,2 МВтгод/рік. Середнє значення тривалості одного знеструмлення,
яке викликане тільки однофазними замиканнями на землю, складає біля
1,2 год/(ріквідкл), що суттєво погіршує показник надійності електропостачання.
Запропоновано інноваційний спосіб визначення місця однофазного
замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю за рахунок ідентифікації
струму замикання через штирьову ізоляцію на опорі, що дозволяє зменшити час
пошуку місця замикання та прискорити усунення пошкодження. З використанням
математичного моделювання доведено, що кількості енергії, яка може бути
відібрана від струму замикання запропонованим способом, буде достатньо для
живлення пристрою.
Запропонована імітаційна модель пересування оперативно-виїзної бригади
до місця замикання у нерезервованій розподільній мережі, яка дозволила
розробити метод розрахунку показників надійності та ефективності
функціонування існуючих мережі із запропонованими автором ідентифікатором
замикання. Показано, що у випадку інтеграції в існуючі електричні мережі
ідентифікаторів слід очікувати зниження тривалості відновлення
електропостачання та недовідпуску електричної енергії споживачам на величину
до 32%, а також зменшення індексу середньої частоти та індексу середньої
тривалості довгих перерв в електропостачанні на величину до 40%.
Отримані графічні залежності, які можуть бути використані керівним
персоналом операторів систем розподілу для оптимізації структури
обслуговуючого персоналу та його дислокації на місцевості задля одночасного
вирішення задачі мінімізації витрат компанії та максимізації показників
надійності електропостачання споживачів у випадку запровадження
інноваційного ідентифікатора однофазних замикань на землю.
Запропоновано схемне рішення пристрою ідентифікації однофазних
замикань на землю в мережах ізольованою нейтраллю з живленням його
електроніки від струму замикання, що не буде потребувати додаткового джерела
живлення та підкорочування непошкоджених фаз мережі, на відміну від існуючих
підходів. Таке схемне рішення забезпечить високу надійність та низькі
експлуатаційні витрати.
Експериментально визначена мінімальна кількість енергії, що потрібна
запропонованому ідентифікатору для відправлення повідомлення про
пошкодження на диспетчерський пункт через мережу стільникового зв'язку, що
складає 9 Дж. Створено експериментальний прототип пристрою ідентифікації
місця замикання на землю та показано його працездатність як у лабораторних
умовах кафедри електричної інженерії та інформаційно-вимірювальних
технологій Національного університету «Чернігівська політехніка», так і у умовах
реальної експлуатації в електричних мережах 10кВ ПрАТ «ДТЕК Київські
Регіональні Електромережі».
Запропоновано спосіб інтеграції інноваційного ідентифікатора однофазних
замикань на землю до існуючих Smart Grid систем (до SCADA та GIS-системи),
які використовуються для управління мережами операторів систем розподілу (на
прикладі ПАТ «Чернігівобленерго»). Описаний алгоритм роботи персоналу під
час однофазних замикань на землю в мережах, оснащених пристроями
ідентифікації місць пошкодження штирьової ізоляції, запропонованих автором
Ткач, В. І. Система ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03 / В. І. Ткач. - Чернігів, 2021. - 167 с.
2021-01-01T00:00:00ZСистема ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю
http://ir.stu.cn.ua/123456789/24241
Система ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю
Ткач, В. І.
Дисертаційна робота присвячена подальшому розвитку теорії і практики
пристроїв визначення місць пошкодження в системах електропостачання загального
призначення.
Проведено аналіз ретроспективної інформації по відмовам в
ПАТ «Чернігівобленерго» та встановлено, що найбільша кількість знеструмлень
виникає через пошкодження штирьової ізоляції (46,8%) в трифазних системах з
ізольованою нейтраллю.
Запропоновано інноваційний спосіб визначення місця однофазного замикання
на землю за рахунок ідентифікації струму замикання через штирьову ізоляцію на
опорі повітряної лінії, що дозволяє створити пристрій, який зменшить час пошуку
місця замикання та прискорить усунення пошкодження.
Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість
відбору достатньої кількості енергії для живлення пристрою від струму однофазного
замикання на землю без втручання в конструкцію заземлюючого пристрою опори
повітряної лінії.
Запропоновано метод розрахунку показників надійності та ефективності
функціонування існуючих систем електропостачання із запропонованими автором
пристроєм ідентифікації замикання. Показано, що у випадку інтеграції
запропонованого пристрою слід очікувати зниження недовідпуску електричної
енергії споживачам на величину до 32%, а також зменшення індексу середньої
частоти та індексу середньої тривалості довгих перерв в електропостачанні на
величину до 40%.
Отримані графічні залежності, які можуть бути використані керівним
персоналом для оптимізації структури обслуговуючого персоналу та його дислокації
на місцевості задля одночасного вирішення задачі мінімізації витрат компанії та
максимізації показників надійності електропостачання споживачів у випадку
запровадження запропонованого пристрою ідентифікації замикань.
Створено експериментальний прототип та підтверджено його працездатність як
у лабораторних умовах, так і в умовах реальної експлуатації.
Ткач, В. І. Система ідентифікації місць однофазних замикань на землю у повітряних електричних мережах з ізольованою нейтраллю : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03 / В. І. Ткач. - Чернігів, 2021. - 23 с.
2021-01-01T00:00:00ZРегульований компенсатор неактивних складових повної потужності в суднових електроенергетичних системах з напівпровідниковими перетворювачами
http://ir.stu.cn.ua/123456789/21687
Регульований компенсатор неактивних складових повної потужності в суднових електроенергетичних системах з напівпровідниковими перетворювачами
Криворучко, Д. В.
Метою дослідження є забезпечення умов електромагнітної сумісності і якості електроенергії в СЕЕС з потужними НП за рахунок удосконалення гібридної структури, розробки принципів побудови і керування засобів компенсації неактивних складових повної потужності, а також подальшого розвитку математичних моделей та методів розрахунку зазначених засобів у статичних та динамічних режимах.
Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі:
1. Розробка принципів побудови, пошук удосконалених гібридних структур силової частини і обґрунтування способу керування швидкодіючих РФКП з урахуванням особливостей СЕЕС з НП.
2. Аналіз частотних характеристик еквівалентного опору і коефіцієнта фільтрації СЕЕС з РФКП та визначення умов уникнення резонансного підвищення гармонік.
3. Удосконалення математичних моделей та методів розрахунку РФКП як об’єкта керування компенсацією реактивної потужності та потужності спотворення в статичних і динамічних режимах СЕЕС з НП.
4. Оптимізація параметрів регулятора РФКП з метою досягнення заданої якості перехідних процесів при компенсації реактивної потужності.
Об’єкт дослідження є електромагнітні процеси, умови електромагнітної сумісності та показники якості електроенергії в суднових електроенергетичних системах з потужними напівпровідниковими перетворювачами та регульованим фільтрокомпенсуючим пристроєм.
Предметом дослідження є засоби компенсації неактивних складових повної потужності, їх моделі, методи розрахунку та характеристики.
Для вирішення поставлених в дисертації задач при математичному моделюванні СЕЕС з НП та РФКП були використані методи теорії електричних кіл (метод частотних характеристик, операторний метод окремих складових, метод гармонічного аналізу, метод змінних стану.
Одержані в роботі основні теоретичні положення та результати аналітичних
розрахунків підтверджені шляхом комп’ютерного і фізичного моделювання. Розрахунки виконувались на персональному комп’ютері з використанням
математичного пакету Mathcad, моделювання процесів в СЕЕС з НП та РФКП проводилося з використанням програмного пакету Matlab, а також відповідних пакетів розгалуження Matlab Simulink.
В дисертаційній роботі отримані наступні наукові результати:
– створена і теоретично обґрунтована нова удосконалена структура гібридного РФКП, яка складається з некерованого силового резонансного LC-фільтра (РФ) та реакторного компенсатора (РК) з широтно-імпульсним регулюванням (ШІР) на високій частоті, що дозволяє збільшити швидкодію РФКП та виключити генерування ним в мережу низькочастотних гармонік;
– одержано аналітичну умову узгодження частотних характеристик еквівалентного опору СЕЕС з РФКП зі спектрами гармонік, генерованих НП та РК, яка виключає резонансне підвищення гармонік в системі;
– вперше запропоновано нове топологічне рішення удосконаленого РФКП, при якому силовий РФ одночасно є перешкодозахисним фільтром (ПФ) по відношенню до РК з ШІР та виключається можливість резонансу струмів на вищих гармоніках;
– вперше на основі аналізу схем заміщення СЕЕС з НП та РФКП, з використанням операторного методу окремих складових, гармонічного аналізу та рівності Парсеваля отримані аналітичні вирази для знаходження коефіцієнта несинусоїдальності напруги мережі K U в скінченній формі, які враховують весь гармонічний спектр та особливості електромагнітних процесів в системі і забезпечують підвищену точність результатів аналітичних розрахунків;
– визначено умови повної компенсації РП, запропоновано та реалізовано структурно-функціональну схему системи автоматичного регулювання (САР) РФКП в СЕЕС з НП, яка містить датчики напруг і струмів генератора, стандартний блок обчислення та фільтр нижніх частот для визначення РП, регулятор та широтно-імпульсний модулятор;
– отримали подальший розвиток методи побудови математичних моделей РФКП в СЕЕС з НП, на основі яких розроблено систему керування РФКП з урахуванням збурюючих факторів, що забезпечує покращення показників ЯЕ в статичних і динамічних режимах у порівнянні з існуючими аналогами;
– створено оптимізаційну модель параметрів регулятора з використанням бібліотеки Simulink Design Optimization з блоком Check Step Response Characteristics і заданням критеріїв якості перехідних процесів, зокрема вимоги скорочення тривалості перехідних процесів до 0,15 с.
Використання результатів дисертаційного дослідження дозволяє:
– забезпечити умови ЕМС та нормативні показники ЯЕ в статичних та динамічних режимах СЕЕС з НП;
– покращити якість перехідних процесів при компенсації реактивної потужності.
Основні положення, висновки та рекомендації, що викладені в дисертаційній роботі, використовуються у навчальному процесі НУК ім. адм. Макарова (кафедра суднових електроенергетичних систем) при підготовці студентів за спеціальностями 141 – «Електроенергетика, електротехніка, та електромеханіка» і 271 – «Річковий та морський транспорт», зокрема при викладанні дисциплін «Дисципліни спеціальної підготовки за темою досліджень», «Електроніка, схемотехніка, силова електроніка та
перетворювальна техніка», «Електромагнітна сумісність і керування якістю
електроенергії в електроенергетичних системах».
Розроблені в дисертаційній роботі методи і моделі впроваджено на підприємствах ТОВ «Інтерелектро», компанії «Електрім – 2000», ТОВ «Ксимекс-єлектро», ТОВ «SMG», ІІПТ НАН України. В НУК ім. адм. Макарова, зокрема при проведенні досліджень: згідно з координаційними планами Міністерства освіти і науки України: 55.02.17.0839/0117U000346. «Розробка енергоефективних суднових систем автоматизації процесів генерування й перетворення електроенергії та їх моделей для покращення якості електроенергії та електромагнітної сумісності». – Національний університет кораблебудування ім. адм. Макарова. 12.2018, згідно з планом Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова;
45.03.19.0327/0119U002104. «Розробка засобів покращення енергоефективності, якості електроенергії та електромагнітної сумісності в суднових електроенергетичних системах з напівпровідниковими перетворювачами електроенергії». – Національний університет кораблебудування ім. адм. Макарова. 12.2020, згідно з планом Національного університету кораблебудування ім. адмірала Макарова.
Криворучко, Д. В. Регульований компенсатор неактивних складових повної потужності в суднових електроенергетичних системах з напівпровідниковими перетворювачами : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03 / Д. В. Криворучко. Миколаїв, 2021. - 144 с.
2021-01-01T00:00:00ZСистеми електроживлення локальних об’єктів з двонаправленими перетворювачами з м’якою комутацією
http://ir.stu.cn.ua/123456789/17434
Системи електроживлення локальних об’єктів з двонаправленими перетворювачами з м’якою комутацією
Косенко, Р. А.
Дисертація присвячена підвищенню енергоефективності систем електроживлення локальних об’єктів з накопичувачами енергії на базі акумуляторних батарей, до складу яких входять двонаправлені перетворювачі з живленням струмом.
Проведено огляд особливостей та обрано складові системи електроживлення локальних об’єктів, синтезовано нову ієрархічну класифікацію перетворювачів постійної напруги, що живляться струмом, та мають режим м’якої комутації. Проаналізовано роботу базової повномостової та синтезовано низку нових топологій перетворювачів напруги, які мають меншу кількість силових ключів. На основі аналітичних розрахунків електромагнітних процесів у системах електроживлення з базовою та запропонованими топологіями визначено коефіцієнти передачі по напрузі та діапазони роботи, в яких забезпечується м’яка комутація силових ключів.
Запропоновано новий метод оцінки перетворювачів постійного струму з м’якою комутацією для систем живлення локальних об’єктів зі зберіганням енергії в акумуляторах, який дозволяє провести оцінку у всьому діапазоні робочих режимів
на основі трьох нормованих величин: параметрів навантаження первинного інвертора, високочастотного трансформатора та вторинного випрямляча. Оцінено ефективність запропонованої системи електроживлення локальних об’єктів у порівнянні з централізованою та комбінованою системами електроживлення.
Розроблено розподілені системи електроживлення локальних об’єктів зі збереженням енергії в акумуляторних батареях з вихідною потужністю до 1 кВт на базі повномостового та запропонованих двонаправлених перетворювачів напруги зі зменшеною кількістю силових ключів, які рекомендовані до впровадження.
Косенко, Р. А. Системи електроживлення локальних об’єктів з двонаправленими перетворювачами з м’якою комутацією : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03 / Р. А. Косенко. - Чернігів, 2019. - 23 с.
2019-01-01T00:00:00Z