Аннотация: На сегодняшний день задача разработки энергоэффективных систем электроснабжения и управления электроприводами метрополитена приобретает все большую актуальность в условиях увеличивающихся объемов перевозок и возрастающих требований к надежности и безопасности функционирования транспортной инфраструктуры крупных городов. Статья посвящена разработке энергосберегающей системы электроснабжения метрополитена, которая в сочетании с современными регулируемыми электроприводами подвижных составов обеспечивает управление потоками электроэнергии между контактной, питающей сетями и накопителем энергии в функции нагрузки (тока) контактной сети. Энергосберегающая система электроснабжения позволяет обеспечить существенную экономию (до 50%) электроэнергии, выровнять суточный график нагрузки питающей сети метрополитена за счет использования энергии накопителя для компенсации пиков нагрузки контактной сети. Управляемые активные выпрямители в составе энергосберегающей системы электроснабжения обеспечивают с достаточной точностью стабилизацию напряжения контактной сети, исключение высших гармоник в питающей сети и нулевой сдвиг между основной гармоникой тока и напряжения питающей сети. Накопитель энергии в системе электроснабжения выполнен на основе литий-ионной батареи и снабжен DC/DC-преобразователем с контуром регулирования тока заряда-разряда батареи. Управление потоками энергии осуществляются путем изменения тока заряда-разряда батареи в функции величины и знака тока контактной сети с использованием специальной программы в контроллере. Разработана имитационная модель энергосберегающей системы электроснабжения с регулируемыми асинхронными электроприводами с векторным управлением. Получены осциллограммы, подтверждающие работоспособность системы электроснабжения и высокое качество управления потоками электроэнергии в основных режимах работы подвижных составов метрополитена.

Аннотация: Современные регулируемые электроприводы выполняются на базе преобразователей частоты с асинхронными или синхронными двигателями. Широкое внедрение на производстве получили преобразователи частоты с активными выпрямителями в составе электроприводов большой мощности с частыми динамическими режимами. Однако при их использовании, как правило, не уделяется должное внимание вопросу электромагнитной совместимости таких преобразователей с питающей сетью. Высокочастотные гармоники, генерируемые активными выпрямителями, в случае наложения на резонансную область частотной характеристики распределительной сети приводят к значительным по величине падениям напряжения на этих же частотах. В результате чего происходит ухудшение качества напряжения во внутризаводской сети 6-35 кВ и возникают проблемы с функционированием чувствительных электроприёмников. Научным коллективом авторов статьи был выполнен ряд исследований, направленных на обеспечение электромагнитной совместимости преобразователей частоты с активными выпрямителями. Разработаны и рассмотрены следующие технические решения: выбор оптимального алгоритма широтно-импульсной модуляции активного выпрямителя и его параметров; применение специальных фильтрокомпенсирующих устройств; применение усовершенствованных систем управления активного выпрямителя или усовершенствованных алгоритмов широтно-импульсной модуляции; изменение конфигурации системы электроснабжения. В данной статье приведён анализ эффективности указанных технических решений на основании полученных в условиях действующих производств данных. Сделаны выводы о целесообразности применения тех или иных технических решений в зависимости от открытости системы управления активного выпрямителя, параметров частотной характеристики сети, режимов работы электропривода и конфигурации системы электроснабжения.

Аннотация: В настоящее время в России наблюдаются устойчивые тенденции использования общественного городского транспорта на электрической тяге, такие как электробусы и электрические газели (микроэлектробусы). Однако в крупных и малых городах электрический транспорт эксплуатируется с разной интенсивностью, что делает неэффективным использование одних и тех же электробусов в городах с разным количеством населения. Так, например, в мегаполисах технико-экономическая эффективность городского общественного электробуса будет наилучшая, а в небольших городах – значительно ниже. В связи с этим появляется проблема правильного выбора электротранспорта с установленными мощностью тягового электродвигателя и энергоемкостью аккумуляторной батареи с учетом условий его эксплуатации в конкретной городской среде. В данной работе используется математическая модель, позволяющая оценивать коэффициент использования установленной мощности главного электрооборудования и его энергоэффективности для различных вариантов электробусов, ориентированных для городского пассажирского транспорта. Модель учитывает график движения, протяженность и особенности маршрута, пассажиропоток, технические характеристики транспортного средства, а также различные комбинации использования макро- и микроэлектробусов. Моделированием показано, что может иметь место недоиспользование установленной мощности главного электрооборудования, поэтому наиболее эффективным по удельному расходу энергии является комбинированное использование макро- и микроэлектробусов. Математическая модель и методика моделирования могут быть рекомендованы как для специалистов, занимающихся изготовлением основного электрооборудования для транспортных средств, так и для специалистов организаций, эксплуатирующих электробусы. Для повышения энергоэффективности электробусов, используемых в региональных и муниципальных центрах, имеющие различные условия эксплуатации, желательно расширить линейку мощностей тяговых электродвигателей и энергоемкости аккумуляторных батарей для одних и тех же типов электробусов.

Аннотация: В условиях развития городской инфраструктуры повышение энергетической эффективности систем городского водоснабжения является важной и актуальной задачей, требующей комплексного понимания аспектов, обуславливающих производственные и энергетические режимы. Оптимизация электропотребления насосных станций становится возможной за счет точного планирования водопотребления в условиях внешних возмущающих воздействий. В этой статье основной целью исследования являлось выявление социально-экономических факторов, влияющих на водопотребление и связанные с этим затраты электроэнергии городских систем водоснабжения. Методологической основой исследования стали дисперсионный анализ (ANOVA) и метод Тьюки для оценки значимости различий между группами данных, а также плотностной анализ часовых режимов водозаборов. В работе была использована статистика системы водоснабжения города населением более полумиллиона человек за период с 2017 по 2023 годы. Результаты исследования показали, что социально-экономические факторы, такие как типы дней недели и сезонные колебания, оказывают значительное влияние на режимы водопотребления. Особое внимание уделено православному празднику Чистому четвергу, который обуславливал повышенный спрос на воду, что увеличивало энергопотребление на 11% по сравнению с обычными днями. Плотностной анализ данных позволил выделить два основных кластера часового водопотребления, соответствующих режимам высокой и низкой загрузки системы. Гистограмма продемонстрировала бимодальную структуру данных, которая была описана с использованием четырёхкомпонентного нормального распределения. Это обеспечивает возможность более точного прогнозирования пиков и спадов потребления воды, а также использования этих данных для оптимизации управления энергопотреблением насосных станций, что способствует повышению общей эффективности работы системы.

Аннотация: Изменение структуры и цифровизация процессов производства, передачи и распределения электроэнергии приводят к необходимости совершенствования существующих способов противоаварийного и режимного управления энергосистемами. Внедрение возобновляемых источников электроэнергии, парогазовых и газотурбинных установок и систем управления на базе силовой электроники приводят к уменьшению эквивалентной инерционной постоянной энергосистемы и, как следствие, увеличению скорости протекания переходных процессов и увеличению неопределённости электрическиx режимов. В результате существенно повышаются требования к быстродействию и адаптивности систем противоаварийной автоматики. В связи с новыми условиями функционирования современных энергосистем, в статье предлагается адаптивная система выбора управляющих воздействий для сохранения статической устойчивости по принципу «После» на основе методов машинного обучения, которые обладают высоким быстродействием и адаптивностью. В исследовании предложен способ обучения и применения разработанной системы. Численный эксперимент выполнен на математической модели энергосистемы IEEE24. Для предложенной системы выбора управляющих воздействий для сохранения статической устойчивости в исследовании были рассмотрены следующие методы машинного обучения: К-ближайших соседей; случайный лес; экстремальный градиентный бустинг; метод опорных векторов; адаптивный бустинг; ограниченная машина Больцмана; свёрточная нейронная сеть. Выбор различных методов машинного обучения обоснован необходимостью рассмотрения методов с различным математическим базисом. В результате проведённого эксперимента в качестве приемлемой модели машинного обучения для решаемой задачи был выбран метод случайного леса, с точностью на тестовой выборке 93% при задержке выбора управляющих воздействий в 0,017 мс. В выводах приведены направления для дальнейших исследований.

Аннотация: Перевод низкодебитных скважин в режим циклической эксплуатации ведет к снижению наработки на отказ погружных синхронных двигателей с постоянными магнитами. Для повышения ресурса погружных электродвигателей требуется синтез замкнутых по угловой скорости ротора и моменту сопротивления на валу систем управления, позволяющих контролировать качество переходных процессов электродвигателя в различных режимах: пуск, наброс нагрузки, расклинивание при заклинивании рабочих органов центробежного насоса. Установка датчиков угловой скорости и момента нагрузки в условиях скважинной добычи нефти технически трудно реализуема, что обусловлено высокими температурами и большой глубиной прокладки погружной телеметрии. Как следствие, необходима разработка косвенных методов оценки переменных состояний погружного электродвигателя. В статье предложена структура и настраиваемая математическая модель наблюдателя полного порядка угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу для погружных синхронных двигателей с постоянными магнитами, учитывающий такие особенности технологического процесса установок центробежных насосов, как неравномерность теплового поля внутри скважины, мягкое заклинивание ротора электродвигателя, заиливание и засорение рабочих органов центробежного насоса. Исследована работоспособность наблюдателя в типовых режимах: пуск, наброс и сброс нагрузки, рассогласование начальных условий, а также выполнена оценка устойчивости наблюдателя к параметрическим возмущениям, таким как изменение активного сопротивления обмотки статора, изменение момента инерции, снижение потокосцепления постоянного магнита путем расчета интегральной погрешности отработки переходных процессов пуска наблюдателей и статической ошибки оценивания угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу в установившемся режиме.

Аннотация: Особенностью местных электростанций является соизмеримость мощности их генераторов с единичными потребителями. Потребители могут работать в резкопеременном режиме и режиме пуска. В свою очередь, собственные генераторы могут иметь различные первичные двигатели и, следовательно, различные моменты инерции. В этом случае необходимо оценить допустимость как островного режима, так и параллельной работы с энергосистемой при существенной электрической удаленности. Также необходимо учесть режимы работы нагрузки в соответствии с технологическим процессом. Кроме того, отдельным режимом, требующим внимания, является режим пуска крупного двигателя в островном режиме. С этой целью разработан алгоритм анализа возможности работы резкопеременной нагрузки в нормальном и островном режимах, учитывающий характеристику связи с энергосистемой, первичный двигатель генератора и величину наброса нагрузки. Объектом исследования была система электроснабжения горнодобывающей промышленности, где в качестве потребителей выступают синхронные двигатели, приводящие шаровые мельницы, а в качестве источника питания вступает газопоршневой двигатель, приводящий синхронный генератор. Особенностью такой системы является наличие исключительно синхронных машин, в связи с чем возникает вопрос режимов работы систем возбуждения. Исследования проведены с помощью программного комплекса «КАТРАН» расчета переходных электромеханических режимов. Произведен анализ режимов при параллельной работе со слабой связью с энергосистемой. Также приведены результаты расчетов островного режима раздельной работы. Учтено действие систем автоматического регулирования возбуждения и скорости синхронных машин. Сделаны выводы по допустимости исследуемых режимов и приведены рекомендации по повышению устойчивости работы генератора и нагрузки.

Аннотация: В статье рассматривается концептуальное решение по разработке защиты с абсолютной селективностью параллельных воздушных линий электропередачи на двухцепной опоре за счёт измерения напряжённости магнитного поля. Применение датчиков магнитного поля предлагается в качестве альтернативы показаниям с измерительных трансформаторов тока и напряжения. Поставлена и решена задача оптимального размещения датчиков магнитного поля рядом с опорой двухцепной линии электропередачи для получения минимального результирующего сигнала при внешнем коротком замыкании на параллельной цепи и максимального замера при коротком замыкании в зоне на защищаемом элементе независимо от типоисполнения и конструкции двухцепной опоры. Определено минимальное количество применяемых датчиков магнитного поля для возможности реализации защиты воздушной линии электропередачи на двухцепной опоре. Поиск оптимального решения производится на основе эвристического метода многокритериальной оптимизации с применением генетического алгоритма посредством модуля методов оптимизации «Optimization Tool» в программном вычислительном комплексе MATLAB. Произведена верификация полученных результатов модуля оптимизации на реализованной модели в программной среде MATLAB Simulink, позволяющей провести комплексную оценку полученного решения в различных схемно-режимных условиях. Выявлена возможность реализации селективной защиты, используя результирующий замер напряженности магнитного поля от шести проводов двухцепной линии электропередачи без применения методов использования датчиков магнитного поля для пофазного изменения тока каждой токоведущей части. Данный способ исполнения основной защиты будет актуален для двухцепных линий 35 кВ с односторонним питанием, у которых отсутствуют трансформаторы тока со стороны приёмного конца.

Аннотация: Статья посвящена наиболее актуальным направлениям разработки бесколлекторных двигателей постоянного тока с дробными многосекционными обмотками. Теоретически область применения этих электродвигателей может быть чрезвычайно разнообразной. Рассматриваемый тип трёхфазных обмоток имеет систему сосредоточенных катушек, располагаемых непосредственно на зубцах статора. Такая конструкция обмоток позволяет существенно уменьшить размеры лобовых частей, особенно в случае применения регулярной обмотки, а также значительно улучшить охлаждение машины. С другой стороны, зубчатая структура электродвигателей способствует возникновению пульсаций реактивного момента. Отдельной проблемой является применение современных изотропных и анизотропных магнитных материалов, которые требуют освоения новых технологий изготовления магнитопроводов. Современный уровень разработки предопределяет моделирование электромагнитного поля машины. В статье рассмотрены особенности проектирования бесконтактных электродвигателей постоянного тока с дробными многосекционными обмотками, предназначенных для беспилотных летательных аппаратов различного назначения. Важной проблемой является выбор оптимальной конфигурации магнитной системы электродвигателя. Наиболее эффективны магнитные системы с минимальной разницей между числом зубцов и постоянных магнитов. В статье проанализированы условия, при которых возникает не сбалансированная сила одностороннего магнитного притяжения. Рассмотрены возможные варианты магнитных систем и представлены их достоинства и недостатки, определены наиболее целесообразные числа полюсов и зубцов. Показаны пути совершенствования бесщёточных электродвигателей постоянного тока, связанные с применением анизотропных и аморфных магнитомягких материалов в сочетании с высококоэрцитивными постоянными на основе редкоземельных материалов. Рассмотрены конструктивные особенности бесщёточных электродвигателей постоянного тока, позволяющие получить требуемые характеристики для обеспечения качественной работы машины как в составе непосредственного электропривода винтомоторных групп мультикоптеров, так и в составе электропривода для управления летательными аппаратами самолётного типа. На основании полученных результатов сформирован единый подход к проектированию электродвигателей для беспилотных систем на основе современных методов моделирования электромагнитных процессов с поэтапной практической реализацией.

Аннотация: Область применения систем питания оптическим излучением (СПОИ) значительно шире по сравнению с традиционными системами. Но, как и любая система питания, она характеризуется уровнем коэффициента полезного действия (КПД), по которому можно судить об эффективности работы в целом. Уровень КПД системы питания измерительных устройств оптическим излучением напрямую зависит от работы элементов, образующих систему. Главную позицию в системе занимает фотовольтаический преобразователь (ФВП), который выполняет функцию преобразования лазерного излучения в электрическую энергию. Изучив текущее положение производства ФВП, было выявлено, что ведущими производителями этих элементов являются зарубежные компании. Уровень их коэффициента полезного действия превышает 50%, в то время как опытные образцы отечественного производства имеют уровень КПД около 30%. Возникает необходимость в проведении исследования факторов, влияющих на эффективность работы преобразователя и модернизации существующей модели ФВП. В данной статье были рассмотрены факторы, от которых зависит уровень КПД фотовольтаического преобразователя, приведены методики и рекомендации их снижения или полного исключения вероятности их появления. Основная цель данной работы заключалась в выборе оптимальной структуры для дальнейшей технологической проработки. Для наглядности приведены варианты конструктивных особенностей электродов, обеспечивающих различный уровень КПД фотовольтаического преобразователя. В результате работы был проведен анализ и выбор конструкции ФВП, обеспечивающей наибольшую эффективность в составе СПОИ. Наибольший уровень КПД опытного образца составил около 50%. Исходя из полученных результатов, можно судить о дальнейшем развитии СПОИ на базе отечественного производителя моделей ФВП.