Аннотация: Современные электроприводы прокатных станов выполняются на базе преобразователей частоты с активными выпрямителями и синхронных двигателей. По сравнению с традиционными электроприводами постоянного тока они обладают лучшими энергетическими показателями: сниженное негативное воздействие на питающую сеть благодаря специальным алгоритмам широтно-импульсной модуляции и возможностью работы с единичным коэффициентом мощности. В то же время на многих предприятиях ещё продолжают работать электроприводы постоянного тока на базе системы «тиристорный преобразователь – двигатель». Помимо возможного значительного искажения формы питающего напряжения на шинах секций заводской подстанции из-за наложения высших гармонических составляющих тока, потребляемого электроприводом, на резонансную область частотной характеристики питающей сети работа электроприводов на базе тиристорных преобразователей вызывает отклонение величины напряжения в точке присоединения из-за потребления реактивной мощности. Негативное влияние таких электроприводов на качество электроэнергии в системе внутризаводского электроснабжения, учитывая их значительную мощность, может быть существенным, из-за чего возможно как ухудшение работы самих электроприводов, так и возникновение проблем с функционированием чувствительных электроприёмников, получающих питание с тех же секций главной понизительной подстанции предприятия. В работе приведён сравнительный анализ проблем электромагнитной совместимости электроприводов постоянного и переменного токов, рассмотрены причины их возникновения и технические решения, направленные на их устранение. Рассмотрены различные способы обеспечения ЭМС электроприводов с питающей сетью, применяемых в условиях действующих производств. Сделаны выводы о целесообразности применения тех или иных технических решений в зависимости от рода тока электропривода, характера проблемы, технической и экономической стороны вопроса.

Аннотация: В условиях повышения степени интеграции и быстродействия элементной базы микроэлектроники возросла угроза преднамеренного электромагнитного воздействия на цифровые приборы учета с целью хищения электроэнергии. Для противодействия данной угрозе необходимо разработать технические решения по защите приборов учета и фиксации факта электромагнитного воздействия. В работе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой устройств защиты и индикации воздействия электромагнитного импульса на цифровые приборы учета. Приведены различные варианты устройств защиты и индикации с обсуждением их достоинств и недостатков. Данные варианты были проверены в результате исследований, проведенных в Ярославском техническом университете совместно с компанией ПАО «Россети Центр». Отмечено, что наиболее полно обеспечить защиту приборов учета от электромагнитного воздействия могут только производители приборов путем применения различных схемотехнических, аппаратных и программных решений. На основе анализа различных требований, предъявляемым к устройствам индикации, были созданы устройства «электронная пломба» и «черный ящик». Описаны основные технические и конструкторские решения, использованные при разработке данных устройств. Устройства прошли лабораторные испытания и опытную эксплуатацию на точках учета филиала ПАО «Россети Центр» - «Ярэнерго», расположенных в Ярославской области и оснащенных различными моделями приборов учета. В работе также предложена стратегия применения устройств индикации, позволяющая минимизировать затраты и повысить эффективность выявления фактов преднамеренного электромагнитного воздействия на приборы учета. Данная стратегия основана на применении технологий искусственного интеллекта и методов анализа аномалий в данных об энергопотреблении.

Аннотация: Противоаварийное управление современными энергосистемами предъявляет повышенные требования к быстродействию алгоритмов анализа и обеспечению допустимых параметров послеаварийных режимов работы. Увеличение скорости протекания переходных процессов за счёт снижения суммарной инерции энергосистем и появления новых видов аварийных процессов приводят к необходимости разработки и внедрения принципа противоаварийного управления по способу «После», предполагающего синтез закона изменения параметров электрического режима в темпе протекания переходного процесса. Одним из классов математических методов, способных обеспечить быстродействие и адаптивность противоаварийного управления современных энергосистем являются алгоритмы машинного обучения. В исследовании представлена адаптивная методика выбора управляющих воздействий для обеспечения допустимых токовых загрузок элементов электрической сети и уровней напряжений в послеаварийных режимах работы на основе алгоритмов машинного обучения. Рассмотрены основные направления исследований, рассматриваемых задач противоаварийного управления, выявлены их достоинства и недостатки. Апробация предложенной методики выполнена на математической модели энергосистемы IEEE14, с применением которой была сгенерирована синтетическая выборка данных, состоящая из 13205 электрических режимов. Задача выбора управляющих воздействий была разбита на две подзадачи, состоящие из выбора объёма воздействий и мест их реализации. Для выбора объёмов реализации управляющих воздействий по обоим рассмотренным критериям качества послеаварийного режима работы энергосистемы был выбран алгоритм случайного леса. Классификация мест реализации управляющих воздействий выполнена с применением графовой нейронной сети. В выводах представлены основные результаты исследования и приводятся направления для будущих работ.

Аннотация: Одной из основных задач, для решения которой предназначены цифровые двойники (Digital Twins, DTs), является виртуальная наладка промышленного оборудования. Использование DTs для пуско-наладочных работ актуально при вводе в эксплуатацию и реконструкции электротехнических систем прокатных станов. Перспективным направлением решения подобных задач является создание объектно-ориентированных DTs на базе программного обеспечения (ПО) Simulink Real Time с использованием ресурса аппаратного моделирования в цикле (Hardware-in-the-loop simulation, HIL). Данное ПО поддерживает симуляцию и тестирование в реальном времени, что обеспечивает сокращение затрат на пуско-наладочные работы и время ввода в эксплуатацию. Рассматривается подход, согласно которому осуществляется разработка виртуальной модели исследуемого устройства, включающей алгоритмы системы управления. Эта модель размещается на компьютере реального времени, а формирование управляющих сигналов обеспечивается средствами промышленного логического контроллера (ПЛК), осуществляющего управление объектом. Исследования выполнены на примере электроприводов клети толстолистового стана 5000, что обусловлено их реконструкцией с заменой преобразователей частоты и изменением алгоритмов управления. На этапе пуско-наладочных работ выполнена реализация объектно-ориентированного DT в Matlab Simulink Desktop Real Time в лабораторных условиях. Проведено сравнение переходных процессов основных координат электропривода за цикл прокатки. В результате подтверждена удовлетворительная точность их воспроизведения средствами цифрового двойника. На примере осциллограмм, полученных на стане, показана необходимость учета запаздывания, которые вносит интерфейс ПЛК и промышленного компьютера. Отмечены преимущества моделирования HIL по сравнению с валидацией физических и виртуальных процессов. Тем самым подтверждена целесообразность реализации концепции объектно-ориентированных DTs на базе Simulink Real Time на этапах виртуального ввода в эксплуатацию и модернизации промышленных объектов.

Аннотация: Вопросам диагностирования технического состояния высоковольтных трансформаторов в литературе уделяется достаточно внимания. Значительная часть публикаций посвящена предупреждению возникновения дефектов изоляции, развитию теории и методологии прогнозирования предаварийных ситуаций. Однако проблеме практического применения современных методов локализации неисправностей трансформаторов, находящихся в эксплуатации, уделяется недостаточно внимания. Перспективным методом решения этой задачи является локализация очагов возникновения частичных разрядов (ЧР) в баке трансформатора методом акустической локации. Значимость исследований, представленных в настоящей статье, заключается в том, что получила развитие методология локализации очагов разрядной активности на основе акустической и электромагнитной локации ЧР. Исследования выполнены на примере трансформатора напряжением 110 кВ. Обоснована и применена методика проведения замеров, включающая обнаружение участков с повышенной разрядной активностью с помощью одного акустического датчика и последующую локализацию очага за счет установки 4-х датчиков на фиксированном расстоянии друг от друга. Рассмотрены временные диаграммы импульсов ЧР, поступающих от каждого датчика. В результате оценки временной задержки этих сигналов подтверждена практическая возможность вычисления координат дефектного участка изоляции с удовлетворительной точностью. Показана перспектива применения программного обеспечения «Inva (Portable)» для обработки и визуализации результатов акустической локации ЧР. Отмечена актуальность учета изменения скорости распространения импульсов в неоднородной среде маслонаполненного трансформатора. Намечены перспективы развития рассматриваемой технологии, среди которых особое внимание уделено созданию новых методов увеличения точности локализации очагов ЧР и интеграции подобных решений в системы непрерывного мониторинга состояния высоковольтного оборудования.

Аннотация: Расчёт системы тягового электроснабжения относится к специализированным видам расчётов, который существенно отличается от других видов расчётов электроэнергетических систем за счёт наличия перемещающейся нагрузки – электроподвижного состава. Практика современных расчётов систем тягового электроснабжения показывает необходимость применения именно имитационного моделирования системы тягового электроснабжения, при котором учёт перемещающейся нагрузки позволяет рассчитать необходимые параметры работы объектов электроэнергетической инфраструктуры электрического железнодорожного транспорта. Сложность расчётов при имитационном моделировании заключается в одновременной работе всех электростанций для обеспечения питания всех единиц электроподвижного состава, что определяет большую территориальную распределённость расчётных участков, а также необходимость вести единый расчёт для всего участка. В данной статье представлен новый метод решения, который объединяет метод контурных токов и анализ в пространстве состояний для моделирования электрических систем тягового электроснабжения. Представленная гибкая методика автоматического формирования матриц уравнений пространства состояний позволяет минимизировать размеры матриц на основе контурных уравнений, что определяет несколько преимуществ для эффективного решения коммутируемых сетей, учёта перемещающейся нагрузки и нелинейных функций. В данной статье расширяется концепция обобщенной ветви электрической схемы, которая дополнена LC-компонентами. На основе предложенного теоретического материала для простой проверки изложенного метода созданы уравнения в пространстве состояний для двух- и трёхобмоточного трансформатора, а также произведено моделирование работы тяговой подстанции постоянного тока с 12-пульсовой схемой выпрямления. Предложенная методика предназначена для использования в специализированных программных комплексах для расчёта систем тягового электроснабжения с большими полигонами расчётных участков.

Аннотация: Существующие исследования в области оценки влияния мощных силовых полупроводниковых преобразователей с предварительно запрограммированной ШИМ с удалением выделенных гармоник (ПЗШИМ с УВГ) недостаточны. Особенно актуально стоит задача в определении генерируемых преобразователем с ПЗШИМ с УВГ амплитуд неудалённых высших гармоник, которые являются основной причиной выхода из строя электронного оборудования в точке общего присоединения к сети, в том числе при наличии резонансных явлений. В данной статье проведено исследование спектров напряжения и токов трёхуровневого преобразователя при ПЗШИМ с УВГ. Показано поведение неудалённых гармоник до 50-й в спектрах напряжений и токов трехуровневого преобразователя в диапазоне изменения коэффициента модуляции от 0 до 1,15 для трёх ПЗШИМ с УВГ: №1 – 5 и 7; №2 – 5, 7, 11 и 13; №3 – 5, 7, 11, 13, 17 и 19. Исследование показало, что для рассматриваемых паттернов ПЗШИМ с УВГ амплитуды неудаленных гармоник изменяются в зависимости от коэффициента модуляции. Наибольшую амплитуду имеет гармоника, которая является первой после последней удаленной и её максимальное значение не превышает 30,3%. Проведенные исследования перспективны для высокомощных силовых преобразователей с ограниченной частотой переключений полупроводниковых модулей. Результаты проведенных исследований применимы для решения проблем обеспечения электромагнитной совместимости, повышении энергоэффективности и оптимизации потерь мощности полупроводниковых преобразователей. Работа перспективна для дальнейшего изучения и оценки влияния силовых преобразователей с ПЗШИМ с УВГ для модульных топологий, многопульсных схем подключения к питающей сети и резонансных явлений.

Аннотация: Прогнозирование генерации ветроэлектрических станций (ВЭС) необходимо для обеспечения участия ВЭС на оптовом рынке электроэнергии и планирования режимов энергосистем при интеграции значительных объемов установленной мощности ВЭС. Для повышения эффективности прогнозирования могут быть использованы различные методы предварительной обработки данных, в частности идентификации выбросов. В данной статье рассмотрен один из подходов к повышению эффективности прогнозирования генерации ВЭС с помощью предварительной обработки исходных данных, основанный на идентификации выбросов на характеристиках мощности ветроустановок (ВЭУ) и ветроэлектростанций. В работе представлено исследование способов выявления выбросов с помощью характеристик мощности отдельных ветроустановок, а также суммарных характеристик групп ветроустановок и всей ВЭС. Рассмотрен существующий способ, основанный на методе межквартильного размаха. Также предложена модификация существующей методики, базирующейся на алгоритме основанной на плотности пространственной кластеризации для приложений с шумами, для автоматического определения максимального радиуса соседства. Разработана новая методика обнаружения выбросов с помощью алгоритма глобально-локальной оценки выбросов по иерархической основанной на плотности пространственной кластеризации. Данный подход, примененный к характеристикам мощности при прогнозировании на уровне групп ветроустановок, позволил снизить среднеквадратичную ошибку прогноза на 15,9 % по отношению к прогнозу по ВЭС без исключения выбросов. Для проверки предложенных методик повышения эффективности краткосрочного прогнозирования генерации ВЭС использовался набор реальных данных с ВЭС установленной мощностью 98,8 МВт. Разработанные методики могут быть использованы как собственниками ВЭС для снижения возможных убытков при отклонении фактической генерации от планируемой генерации, передаваемой в ценовой заявке, так и Системным оператором для более точного краткосрочного планирования электроэнергетических режимов.

Аннотация: Приведены результаты исследования в области разработки методики выбора и подготовки данных для обучения моделей предиктивной диагностики электротехнического оборудования на примере силовых трансформаторов. Применение данной системы мониторинга и диагностики является важным аспектом повышения надежности электротехнического оборудования, поскольку система предиктивной диагностики позволяет заблаговременно определить дефект силового трансформатора на его ранней стадии развития. В свою очередь, это способствует своевременному планированию ремонтных работ, снижению внеплановых аварийных простоев и минимизации экономических потерь. В работе проанализирована статистика отказов силовых трансформаторов, согласно которой 78% отказов могут быть отслежены и определены на раннем этапе развития дефекта за счет применения системы предиктивной диагностики. Предложен перечень ключевых параметров диагностической модели силового трансформатора, включающий в себя аналитические, электротехнические параметры, а также параметры состояния масла, что обеспечивает требуемый охват мониторинга и диагностики основных типов дефектов силового трансформатора. Описаны рекомендации по выбору и формированию исходной исторической выборки данных, на основе которой будет формироваться выборка исправного состояния силового трансформатора, необходимая для обучения модели предиктивной диагностики. Предложена методика экспертной подготовки и фильтрации исходных данных для формирования выборки исправного состояния, включающая в себя процедуру удаления периодов простоя оборудования, некорректных данных и интервалов работы оборудования с наблюдаемыми ранними признаками развития дефектов. Определена методика расчетов лимитов отклонений параметров на основе вариативности данных и коэффициента доверия, а также описан алгоритм проверки модели на отложенных данных.