Аннотация: На многих крупных промышленных предприятиях, в частности на предприятиях чёрной металлургии, в настоящий момент используются электроприводы переменного тока большой мощности на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями. Данные преобразователи, как правило, имеют входное напряжение 3,15-3,5 кВ и подключаются к внутризаводской распределительной сети 6-35 кВ с помощью согласующих трансформаторов. При большой протяженности кабельных линий в сети 6-35 кВ могут возникать условия для появления резонанса токов в диапазоне частот, совпадающим с высокочастотными гармониками тока, генерируемыми преобразователями частоты с активными выпрямителями. При этом в сети 6-35 кВ могут возникать опасные искажения напряжения, приводящие к аварийному отключению или выходу из строя чувствительного к качеству электроэнергии оборудования. Существуют несколько способов устранения данных искажений напряжения: применение специальных фильтров для коррекции частотной характеристики; применение адаптивных алгоритмов широтно-импульсной модуляции активных выпрямителей; создание «грязной» секции на внутризаводской подстанции и др. Для определения оптимального способа устранения данных искажений необходимо знать форму частотной характеристики внутризаводской системы электроснабжения 6-35 кВ, от которой получают питание электроприводы на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями. Целью данных исследований является разработка усовершенствованного способа диагностики резонансных явлений во внутризаводской сети 6-35 кВ за счёт тестовых воздействий со стороны активных выпрямителей. Исследования проводились с помощью имитационной модели системы «сеть – преобразователь частоты с активным выпрямителем», а также на основании результатов экспериментальных исследований на действующем электрооборудовании металлургических предприятий.

Аннотация: В работе рассмотрен асинхронный электропривод с частотным управлением, оснащенный дополнительными элементами - импульсным коммутатором и индуктивным накопителем энергии в звене постоянного тока преобразователя частоты, обеспечивающий стабилизацию напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты при просадке напряжения в питающей сети. Поскольку система управления типового преобразователя частоты, выполненного на базе нерегулируемого выпрямителя и автономного инвертора напряжения, не допускает работу при пониженных напряжениях в звене постоянного тока, ввиду наличия соответствующих защит по уровню напряжения, создан опытный образец преобразователя частоты с расширенными функциональными возможностями, управляемый микропроцессорным устройством фирмы «Texas Instruments» марки TMDX28069, обеспечивающий нормальную работу при просадках напряжения до 48%, за счет включения в звено постоянной высокочастотной импульсной системы повышения напряжения на базе транзисторного коммутатора и индуктивного накопителя энергии. В качестве силового ключа предлагается использование транзистора MOSFET STP14nk50z. Управляющим контроллером для повышающего импульсного модуля выступает STM32F411CEU6 Black Pill. Программирование микроконтроллера, управляющего процессом повышения напряжения, осуществлялось в среде CubeMX. Для оценки работы предлагаемой системы электропривода были проведены исследования посредством компьютерного моделирования и экспериментальные исследования опытных образцов. Результаты, полученные при процессе компьютерного моделирования, совпадают с результатами, полученными в ходе проведения экспериментальных исследований. Разработанная система частотно-регулируемого асинхронного электропривода со скалярным управлением может применяться на механизмах общепромышленного назначения, например нагнетателях воздуха и газов, что позволит обеспечить стабильную работу электроприводов, установленных на большом расстоянии от питающий подстанций через длинные кабельные линии.

Аннотация: Разработана система искусственного интеллекта для диагностики возникновения частичного разряда в изоляции воздушных линий электропередач. С целью повышения точности обнаружения неисправности используется несколько этапов предобработки – разделение на частотные составляющие, балансировка, сегментация и нормализация исходных данных, представляющих собой измерения высокочастотных составляющих спектра тока и напряжения в каждой фазе линии электропередачи. В работе показано, что основную роль при идентификации частичного разряда играют электромагнитные волны, возникающие при частичном пробое изоляции с частотой 10-20 МГц. Для этого исходные данные разделяются с помощью фильтрации на две составляющие – высокочастотную и низкочастотную. Максимальная точность обученных на полном сигнале нейронных сетей и его ВЧ-составляющей отличается менее чем на 1%, при этом максимальная точность сети, обученной на НЧ-составляющей, ниже на 17%. Для проверки предложенной системы использован реальный набор данных, что позволяет говорить о возможности практического применения разработанной системы. Разработанная система искусственного интеллекта показала относительно высокую точность диагностики, составляющую около 88%. Таким образом, с помощью интеллектуального анализа данных было показано, что основную роль при идентификации ЧР играют высокочастотные составляющие, то есть электромагнитные волны, лежащие в определенном частотном диапазоне, возникающие при частичном пробое изоляции. Это открывает путь к созданию новых методов диагностики и обнаружения местоположения источника ЧР, основанных на использовании этого диапазона.

Аннотация: Целью исследования является повышение эффективности распознавания объектов нерегулярной формы в заданной локации за счет разработки метода и алгоритмов распознавания объектов нерегулярной формы, полученных с использованием беспилотного воздушного судна. Объектом исследования является система производственного контроля за состоянием территории, зданий и сооружений на опасных производственных объектах металлургического предприятия. Предмет исследования – математическое представление изображений, алгоритмы и методы распознавания объектов нерегулярной формы в заданной локации на основе визуальной информации. Исследование проводится в рамках научно-исследовательской и опытноконструкторской работы на одном из ведущих предприятий черной металлургии РФ. В настоящей статье представлены: достоинства и недостатки современных методов распознавания объектов на изображении для задачи распознавания объектов нерегулярной формы со случайным местом расположения; структура изображения, которое поступает для обработки при обследовании территории крупного промышленного предприятия; по результатам изучения изображения построена структурная единица информация и введены новые термины для формализации задачи распознавания; выполнена постановка задачи обработки графической информации при обнаружении объектов нерегулярной формы в заданной локации на территории крупного промышленного предприятия, а также выбрана технология ее решения на основе сверточных искусственных нейронных сетей для прямого и обратного поиска объектов. Результаты исследования являются основой для создания автоматизированной системы контроля состояния территории металлургического предприятия, применение которой обеспечивает в режиме реального времени и на постоянной основе поступление в систему управления промышленной безопасности сведений о текущих параметрах безопасной эксплуатации объекта контроля и обеспечивает информирование персонала о количественных изменениях ранее выявленных объектов, а также появление новых

Аннотация: При оптимальном управлении нагревом заготовок в проходных нагревательных печах прокатных станов переменная производительность стана в совокупности с инерционными свойствами зон нагрева является фактором, сильно затрудняющим реализацию оптимальных режимов. Подсистема прогнозирования температурного состояния печи в зависимости от текущей производительности стана и учитывающая перенос тепла между зонами нагрева позволит повысить эффективность работы системы оптимального управления в переходных режимах работы печи. В работе приведены результаты анализа работ по разработке математических моделей внешнего теплообмена в проходных нагревательных печах прокатных станов. Определены два основных направления исследования математических моделей внешнего теплообмена. К первой группе исследований относится разработка моделей теплообмена, в которых процесс передачи тепла описывается системой аналитических или численных уравнений, базирующихся на физических законах теплопередачи с учетом гидродинамики движения дымовых газов. Ко второй группе исследований относится разработка эмпирических математических моделей на основе параметров наблюдаемого процесса, описывающих взаимосвязь между этими параметрами. Выполнены исследования по разработке эмпирической математической модели проходной нагревательной печи с учетом динамических характеристик процесса. В результате исследований получена математическая модель, которая определяет связь между расходами топлива, распределяемого по зонам печи и температурой рабочего пространства в этих зонах. Математическая модель учитывает взаимовлияние соседних зон, производительность печи по нагреву заготовок, а также динамические характеристики зон. В качестве исходных данных для нахождения коэффициентов уравнений были приняты статистические данные работы нагревательной печи широкополосного стана горячей прокатки. Коэффициенты уравнений математической модели определялись поисковым методом, используя метод деформируемого многогранника.

Аннотация: Трехуровневый автономный инвертор напряжения (АИН) с фиксированной нейтральной точкой (ФНТ) в настоящее время получил широкое применение в высоковольтном электроприводе переменного тока, а также в системах электроснабжения как преобразователь постоянного тока в переменный. При эксплуатации данного инвертора необходимо обеспечить множество технических требований или четыре основных критерия к качеству кривой выходных напряжений (токов), коммутационным потерям, балансу напряжения нейтральной точки (НТ) и синфазному (СФ) напряжению. С целью улучшения четырех заявленных критериев в данной статье предложен алгоритм пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции (ПВШИМ) с гибридной последовательностью переключения (ПП), построенной на основе известных комбинаций пяти- и семиступенчатой ПП. Были предложены три варианта гибридных последовательностей переключений: Г1-ПП, Г2-ПП и Г3-ПП и проведен их сравнительный анализ при помощи компьютерного моделирования в среде MatLab+Simulink. На основе анализа экспериментальных зависимостей коэффициента искажения высших гармоник (THD) тока на выходе инвертора, числа пар переключений силовых ключей, максимальной ошибки напряжения НТ и уровня СФ напряжения от коэффициента модуляции инвертора и коэффициента регулирования гибридной ПП была определена оптимальная гибридная ПП, которой оказалась Г1-ПП. Она обеспечивает наилучший баланс напряжения НТ и исключение гармоник чётного порядка из спектра выходного напряжения инвертора. Таким образом, предложенный алгоритм ПВШИМ с Г1-ПП является эффективным инструментом для управления трехуровневым АИН, что благоприятно сказывается на его энергосбережении, массогабаритных показателях и эксплуатационной надежности.

Аннотация: Одной из ключевых задач для достижения улучшенных показателей энергопотребления и энергоэффективности при эксплуатации электромеханических систем с асинхронным электроприводом является разработка надёжных систем диагностики и оценка технического состояния электромеханического оборудования. Диагностика на основе интеллектуальных подходов с применением инструментов машинного обучения позволяет построить упреждающую систему для заблаговременного обнаружения дефектов оборудования и сокращения эксплуатационных расходов. В статье представлено последовательное применение сингулярного спектрального анализа (Singular Spectrum Analysis – SSA) и сингулярного разложения гармонических сигналов (Singular Value Decomposition – SVD) для обнаружения неисправностей асинхронных двигателей. Данный подход выбран на основе проведённого исследования в области методов токовой диагностики и методов анализа временных рядов. Выполнено описание математического аппарата предложенного метода с разработкой алгоритма обработки сигналов тока и напряжения. Выявление ранних стадий возникновения дефекта позволяет расширить спектр диагностируемых дефектов и неисправностей. Апробации методов выполнены на экспериментальном лабораторном стенде электропривода с разработанной системой регистрации данных. Всего в работе рассматривается четыре состояния машины при вариации нагрузки, обработка сигналов которых выполнена на языке программирования Python. Для оценки результатов разложения обобщённого тока исследуются уровень вклада и оценка миграции характерных компонент, разделённых категориально. Изменения поведения и вкладов кумулятивного вклада двух категорий демонстрируют начало появления дефекта и позволяют дифференцировать состояния машины. Таким образом, результаты эксперимента по ослаблению болтовых креплений электродвигателя доказывает эффективность применения данной методики диагностики.

Аннотация: Системы электроснабжения промышленных предприятий с целью обеспечения надежности электроснабжения и повышения экономичности, как правило, имеют собственную генерирующую базу и внешнее энергоснабжение. Изменение нагрузки в течение суток ставит задачу определения и прогнозирования оптимальной мощности покупаемой из энергосистемы. Важной задачей в таких условиях является также разработка плановых ремонтов основного генерирующего оборудования промышленной системы электроснабжения. Данная работа посвящена разработке алгоритма определения оптимальной мощности, покупаемой из энергосистемы, при учете собственной мощности от местных тепловых электростанций. Методика расчета учитывает основные особенности промышленных энергоузлов, а именно использование нескольких видов топлива в условиях одной электростанции, наличие нескольких крупных промышленных электростанций, передачу мощности в системе электроснабжения (потери активной мощности в системе), передаточную способность элементов, соблюдение условий по допустимым напряжениям в узлах. Алгоритм основан на методе динамического программирования в сочетании с методом последовательного эквивалентирования, что обеспечивает возможность поиска целого набора оптимальных управлений при множестве возможных вариантов решений. Особую сложность при расчетах представляла разработка моделей энергосистемы и собственных источников энергии. В данной работе модели источников представлены в табличном виде и имеют зависимость мощности на клеммах генератора от себестоимости тонны свежего пара. Для энергосистем модели представляют собой зависимость мощности, принимаемой из энергосистемы, от тарифа на электроэнергию. Эквивалентная модель внешних источников учитывает условия работы рынка электроэнергии. По результатам исследования определены затраты и рекомендуемые мощности на прием из энергосистемы в условиях промышленного энергоузла.