ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ
Not a member yet
1437 research outputs found
Sort by
Влияние возобновляемых источников энергии на себестоимость производства электрической энергии
Get PDFThe study involves scenario modeling based on the construction of energy chains that determine the flow of energy from the extraction and import of energy resources through technologies for transforming energy forms, transmission and distribution to the final consumer. A fundamental model of the energy system of the Republic of Belarus was also built. The principle of minimizing total system costs is chosen as the objective function for modeling, provided that a number of restrictions imposed on the power system are met. For the purpose of energy system balancing, it was proposed to use the potential of hydropower, viz. existing hydroelectric power plants for scenario 1 and technically possible potential for scenario 2. As a result of the modeling, the structure of electricity production was obtained according to two scenarios. Based on the resulting structure, the cost of producing electrical energy was determined. Two approaches were considered: approach 1 that took into account the cost of electricity production at nuclear power plants which can be classified as new, and approach 2 that took into account the cost of electricity production at nuclear power plants, which can be attributed to the existing generation. The production cost of electricity by 2030 is predicted. When approach 1 is used its level is of 63.3 US dollars/(MW·h) under scenario 2 versus 65.3 US dollars/(MW·h) under scenario 1; when approach 2 is used, its level is of 37.5 US dollars/(MW·h) versus 39.4 US dollars/(MW·h), respectively. Also, the economically feasible potential for using solar energy was determined, which by 2025 will amount to 0.91–1.45 billion kW·h/year, and by 2030 – 2.15–3.46 billion kWh/year; the same for wind energy is 1.55–2.39 billion kW·h/year and 3.69–5.67 billion kWh/year, respectively; the same for hydropower is 1.11–1.45 billion kW·h/year throughout the entire period under review until 2030. Based on the study, it became possible to find out that in the Republic of Belarus it is economically feasible and technically possible to replace up to 20.0 % of electrical energy generation by 2030 with energy produced from renewable energy sources.В исследовании проведено сценарное моделирование, основой которого служило построение энергетических цепочек, определяющих поток энергии от добычи и импорта энергоресурсов через технологии трансформации форм энергии, передачу и распределение к конечному потребителю. Построена принципиальная модель энергетической системы Республики Беларусь. В качестве целевой функции для проведения моделирования выбран принцип минимизации общих системных затрат при условии выполнения ряда ограничений, накладываемых на энергосистему. Для целей балансирования энергосистемы предложено использовать потенциал гидроэнергетики: существующих гидроэлектростанций для сценария 1 и технически возможного потенциала для сценария 2. В результате моделирования получена структура производства электроэнергии по двум сценариям. На базе полученной структуры определена себестоимость производства электрической энергии. Рассматривались два подхода: первый учитывал себестоимость производства электроэнергии на атомных электростанциях, которые можно отнести к новой, второй – к существующей генерации. Производственная себестоимость электроэнергии к 2030 г. прогнозируется: при подходе 1 на уровне 63,3 дол. США/(МВт·ч) по сценарию 2 против 65,3 дол. США/(МВт·ч) по сценарию 1; при подходе 2 – 37,5 против 39,4 дол. США/(МВт·ч) соответственно. Определен экономически целесообразный потенциал использования энергии солнца, который к 2025 г. составит 0,91–1,45 млрд кВт·ч/год, а к 2030 г. – 2,15–3,46 млрд кВт·ч/год; энергии ветра – 1,55–2,39 и 3,69–5,67 млрд кВт·ч/год соответственно; энергии движения водных потоков – 1,11–1,45 млрд кВт·ч/год на протяжении всего рассматриваемого периода до 2030 г. На основе проведенного исследования удалось установить, что в Республике Беларусь экономически целесообразно и технически возможно к 2030 г. заместить до 20 % выработки электрической энергии энергией, произведенной за счет возобновляемых источников энергии
Модернизация системы регенеративного подогрева питательной воды в цикле турбоустановки ПТ-60
Get PDFAt industrial CHP plants which are characterized, in particular, by steam supply to industrial consumers, in cases with significant condensate losses, it is proposed to develop a system of feed water regenerative heating by utilizing low-temperature waste heat flows those are available directly at the CHP plant. The regenerative use of low-temperature heat flows within the CHP that is proposed is possible only on the basis of heat pumps use. In this context, the use of electrically-driven heat pumps (EHP) and absorption heat pumps (AHP) is considered. It is shown that, despite the higher heating coefficient of the EHP, the thermodynamic (exergetic) efficiency and economic efficiency of the AHP are higher. Furthermore, the latter also has operational advantages. It is possible to use heat flows with various heat carriers as AHP drive, those are required for the transfer of thermal energy from a cold source to a hot receiver. In this paper, using the example of the “PT-60” steam turbogenerator unit, which is the most common type for CHP plants of the Belarusian power system, the indicators of the primary fuel use efficiency growth at the CHP plant for the AHP with a steam drive are determined. Three scenarios of the use of AHP as part of the thermal scheme of the CHP are considered, viz. with an increase in generation, with the maintenance of generation or with a decrease in the generation of electric energy. The latter is relevant in the current situation with the Unified Energy System of Belarus. In this case, while maintaining the minimum steam flow into the condenser of 12 t/h, the following increase in the plant efficiency has been obtained: electrical efficiency increased by 0.90 %, energy efficiency – by 0.55 %, and exergetic efficiency – by 0.23 %.На промышленных ТЭЦ, характеризующихся в том числе отпуском тепловой энергии промышленным потребителям с паровым теплоносителем, в случае, когда имеет место значительный невозврат конденсата, предлагается развитие системы регенеративного подогрева питательной воды за счет утилизации низкотемпературных сбросных тепловых потоков, имеющих место непосредственно на ТЭЦ. Предлагаемое регенеративное использование низкотемпературных потоков теплоты внутри тепловой схемы ТЭЦ возможно лишь на базе применения теплонасосных установок. В данном контексте рассматривается использование парокомпрессионных тепловых насосов (ПКТН) и теплоиспользующих на базе абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН). Показано, что, несмотря на более высокий отопительный коэффициент ПКТН, термодинамическая (эксергетический КПД) и экономическая эффективность выше у АБТН. Последний имеет и эксплуатационные преимущества. В качестве компенсационных затрат энергии для АБТН, требуемых для передачи тепловой энергии от холодного источника к горячему приемнику, возможно использовать потоки теплоты с различными теплоносителями. В данной работе на примере турбогенераторной установки ПТ-60, которая является наиболее распространенным типом на ТЭЦ Белорусской энергосистемы, определены показатели повышения эффективности использования первичного топлива на ТЭЦ для варианта с паровым приводом АБТН. Рассматриваются три сценария использования АБТН в составе тепловой схемы ТЭЦ: с увеличением, сохранением или со снижением выработки электрической энергии. Последний актуален в нынешней ситуации, сложившейся в Объединенной энергетической системе Беларуси. В этом случае, при сохранении минимального пропуска пара в конденсатор 12 т/ч, получено увеличение электрического КПД станции на 0,90 %, энергетического КПД на 0,55 % и эксергетического КПД на 0,23 %
Стимулирование электропотребления регионов-аутсайдеров – необходимое условие структурной устойчивости России
Get PDFCurrently, there is a worldwide increase in electricity per capita consumption (EPC). However, this trend is due to the growth of electricity consumption in developing countries, while in developed countries there is a process of its stabilization and even reduction. Thus, it can be said that there is a decrease in the differentiation in specific electricity consumption between developed and developing countries. In Russia, in 1990–2012 there was an increase in regional divergence in this indicator. As a result, the difference in the specific power capacity between the leading regions and outsider ones reached a 20-fold value. In the regions of the south of Russia, the EPC is lower than in a number of developing countries. But if the latter are on the road of increasing the EPC and, as a result, increasing labor productivity, then in the Russian outsider regions there is a decrease in it. Low specific power capacity is one of the reasons for the insufficient level of labor productivity. A pattern of increasing profitability of goods, works, and services sold has been revealed as the specific consumption of electricity increases in Russian regions of low electric specific power capacity and decreases in Russian regions of the high one. It is shown that the negative trend of differentiation of power consumption in the regions of Russia changed in 2013–2018 to convergence. It is substantiated that in the outsider regions, the limiting factor in the growth of electricity consumption is not the lack of energy capacity, but the insufficient development of the electricity consumption sector. Therefore, in order to ensure the structural stability of the Russian economy, efforts should be focused on stimulating non-household electricity consumption by developing the processing industries of the economy, creating industrial and agricultural enterprises in regions with low electric power. Therefore, in order to ensure the structural stability of the Russian economy, efforts should be focused on stimulating non-household electricity consumption by developing the processing industries of the economy, creating industrial and agricultural enterprises in regions of low electric specific power capacity.В настоящее время происходит мировое увеличение удельного потребления электроэнергии на душу населения. Однако эта тенденция обусловлена ростом электропотребления в развивающихся странах, тогда как в развитых наблюдается процесс его стабилизации и даже сокращения. Таким образом, можно говорить о снижении дифференциации по удельному потреблению электроэнергии между развитыми и развивающимися странами. В России же в 1990–2012 гг. происходило увеличение расхождения регионов по данному показателю, и в итоге различия в электровооруженности между регионами-лидерами и аутсайдерами достигли 20-кратного значения. В регионах юга России удельное потребление электроэнергии ниже, чем в ряде развивающихся стран. Но если последние идут по пути его увеличения и, как следствие, повышения производительности труда, то в российских регионах-аутсайдерах наблюдается его снижение. Низкая энерговооруженность – одна из причин недостаточного уровня производительности труда. Выявлена закономерность возрастания рентабельности проданных товаров, работ, услуг по мере увеличения удельного потребления электроэнергии в российских регионах с низкой электровооруженностью и снижения – с высокой. Показано, что негативная тенденция дифференциации электропотребления регионов России сменилась в 2013–2018 гг. на схождение. Обосновано, что в регионах-аутсайдерах лимитирующим фактором роста электропотребления является не отсутствие энергетических мощностей, а недостаточное развитие сектора потребления электроэнергии. Поэтому для обеспечения структурной устойчивости российской экономики следует сфокусировать усилия на стимулировании небытового электропотребления путем развития перерабатывающих отраслей экономики, создания промышленных и сельскохозяйственных предприятий в регионах с низкой электровооруженностью
Система теплоснабжения «умного дома» на базе централизованного теплоснабжения с утилизацией вторичных энергетических ресурсов при помощи теплового насоса
Get PDFOne of the most important aspects of a “smart home” is its heating system, which should provide comfortable living conditions for residents while also being energy-efficient. This article discusses an innovative approach to heating systems in “smart homes” based on centralized heating with the utilization of secondary energy resources using a heat pump. The proposed heating system combines the advantages of traditional centralized heating and the efficiency of heat pumps. The article presents a calculated scheme, for which a temperature chart was developed. A methodology for calculating heat loads for both the traditional heating scheme and combined heat and power (CHP) with heat pumps is also proposed, and the necessary calculations were carried out. For clarity of the obtained data, a graph depicting the total steam load required for heating as a function of ambient temperature is constructed, as well as a graph showing the steam load as a function of the duration of the ambient temperature. The analysis of the data revealed that the use of heat pumps in CHP schemes reduces electricity generation by eliminating its production in the steam flow in the condenser. This facilitates the coverage of the electricity consumption schedule during periods of low demand for the integrated energy system. Additionally, integrating a heat pump into the heating system of the centralized heating system helps reduce energy dissipation and greenhouse gas emissions into the atmosphere, making heating more sustainable and environmentally friendly. Moreover, the proposed heating system for a “smart home” demonstrates high technical and economic performance, ensuring the investment attractiveness of such a project. Одним из важнейших аспектов «умного дома» является его теплоснабжение, которое должно обеспечивать комфортные условия проживания для жильцов и при этом быть эффективным с точки зрения энергопотребления. В настоящей статье рассматривается инновационный подход к системе теплоснабжения в «умных домах», который основан на использовании централизованного теплоснабжения с утилизацией вторичных энергетических ресурсов с использованием теплового насоса. Предлагаемая система теплоснабжения сочетает преимущества классического централизованного теплоснабжения и эффективность тепловых насосов. Предложена расчетная схема, для которой построен температурный график, а также методика расчета тепловых нагрузок для классической схемы теплоснабжения и для ТЭЦ с применением тепловых насосов, согласно которой произведены необходимые расчеты. Для наглядности полученных данных построен график зависимости суммарной паровой нагрузки, необходимой для теплоснабжения, от температуры окружающей среды, а также график зависимости паровой нагрузки от продолжительности стояния температуры окружающей среды. В результате анализа полученных данных определено, что использование тепловых насосов в схемах ТЭЦ снижает генерацию электроэнергии за счет исключения ее выработки на потоке пара в конденсатор, что облегчает покрытие графика электропотребления в части прохождения минимумов нагрузок объединенной энергосистемы. Также интеграция теплового насоса в тепловую схему системы централизованного теплоснабжения позволяет подавлять диссипацию энергии, снижает выбросы парниковых газов в атмосферу, таким образом делая теплоснабжение более устойчивым и экологически безопасным. При этом предложенная система теплоснабжения «умного дома» имеет высокие технико-экономические показатели, обеспечивающие инвестиционную привлекательность такого проекта
Оптимизация рабочих характеристик магнитожидкостных уплотнений для ветроэнергетических установок
Get PDFThe use of magnetofluidic seals are a promising direction in sealing rotating shafts of wind power plants. Magnetofluidic seals are characterized by high tightness, simplicity of the design, low losses by friction. Magnetic fluid seal of the rotating shaft consists of a ring magnet and two concentrators of magnetic field, forming with the shaft a narrow ring gap in which the magnetic fluid retained by magnetic field is a hermetic seal. Magnetic forces provide balance of volume of magnetic fluid under the impact of pressure drop and centrifugal forces. With an increase in the speed of rotation of the shaft up to 10 m/s, deformation of the free surface of the magnetic fluid at the surface of the shaft in the form of a funnel is visually observed, which causes a decrease in the retained pressure drop. As the rotation speed increases, the funnel increases, part of the magnetic fluid is ejected from the working area, the retained pressure drop decreases, and at 50 m/s there is a complete release of the magnetic fluid and depressurization of the seal. In order to increase the stability of the free surface of the magnetic fluid in the field of centrifugal forces, multilayer carbon nanotubes were introduced into it. They are characterized by a high specific surface area and, accordingly, a strong Van der Waals attraction. In a magnetic fluid, multilayer carbon nanotubes form structures which are oriented along the magnetic field lines. The following increase in the static load retained by a layer of magnetic fluid has been experimentally determined with the introduction of nanocarbon structures: when coinciding with the axis of the structures the increase was by 100 %, for the normal direction of the load to the axis of the structure – by 50 %. In the seal, with an increase in the shaft rotation speed, deformation of the free surface of a magnetic fluid with nanocarbon structures was observed at 18 m/s at a distance of 3 mm from the shaft surface. The pressure drop retained by the seal increased in the speed range of 10–40 m/s, the maximum effect of 50 % was obtained at a speed of 40 m/s. Thus, the introduction of nanocarbon structures into the magnetic fluid made it possible to reduce the influence of centrifugal forces on the retained pressure drop and increase the efficiency of the magnetofluidic seal at high speeds of rotation of the shaft of wind power plants.Использование магнитожидкостных уплотнений – перспективное направление при герметизации вращающихся валов ветроэнергетических установок. Они характеризуются высокой герметичностью, простотой конструкции, низкими потерями на трение. Магнитожидкостное уплотнение состоит из кольцевого магнита и двух концентраторов магнитного поля, образующих с валом узкий кольцевой зазор, в котором магнитная жидкость, удерживаемая магнитным полем, является герметичным затвором. Магнитные силы обеспечивают равновесие объема магнитной жидкости под воздействием перепада давления и центробежных сил. С увеличением скорости вращения вала до 10 м/с визуально наблюдается деформация свободной поверхности магнитной жидкости у поверхности вала в виде воронки, что приводит к снижению удерживаемого перепада давлений. По мере возрастания скорости вращения воронка увеличивается, часть магнитной жидкости выбрасывается из рабочей зоны, удерживаемый перепад давлений снижается, и при 50 м/с происходит полный выброс магнитной жидкости и разгерметизация уплотнения. С целью повышения устойчивости свободной поверхности магнитной жидкости в поле центробежных сил в нее вводили многослойные углеродные нанотрубки. Для них характерны высокая удельная поверхность и соответственно сильное притяжение Ван-дер-Ваальса. В магнитной жидкости многослойные углеродные нанотрубки образуют структуры, ориентированные вдоль силовых линий магнитного поля. Экспериментально установлено увеличение статической нагрузки, удерживаемой слоем магнитной жидкости, при введении наноуглеродных структур: при совпадении с осью структуры – на 100 %, для нормального направления нагрузки к оси структуры – на 50 %. В уплотнении с увеличением скорости вращения вала деформация свободной поверхности магнитной жидкости с наноуглеродными структурами наблюдалась при 18 м/с на расстоянии 3 мм от поверхности вала. Удерживаемый уплотнением перепад давлений увеличивался в интервале скоростей 10–40 м/с, максимальный эффект 50 % получен при скорости 40 м/с. Таким образом, введение наноуглеродных структур в магнитную жидкость позволило снизить влияние центробежных сил на удерживаемый перепад давлений и повысить эффективность работы магнитожидкостного уплотнения при больших скоростях вращения вала ветроэнергетических установок
Оценка термодинамической эффективности Объединенной энергетической системы Беларуси. Часть 2
Get PDFThe energy system is a structure that is among the most complex artificial objects, the successful functioning and development of which is absolutely necessary to ensure the livelihoods of a modern state. In this regard, its continuous monitoring with obtaining reliable and objective performance indicators is undoubtedly in demand. Traditional key energy indicators (specific consumption of conventional fuel for electricity generation and heat release) do not give a complete picture of the operation of the power system for such complex structures and in some cases are calculated incorrectly. The present paper proposes to add a well-known, but practically unused exergetic efficiency coefficient to the range of traditional characteristics. Its application expands the monitoring capabilities and increases the objectivity of the evaluation. For the first time, the analysis of various periods (annual, heating and inter-heating) was carried out on the example of thermal power plants (CHP) of the Unified Energy System of Belarus. The relative power generation of the CHP before the commissioning of the Belarusian NPP was estimated at ≈45 %, and after commissioning it decreased to ≈39 %. More than half of the annual consumption of thermal energy in Belarus is accounted for by heat-generating sources, while thermal power plants provide up to 88 % of heat output. The installed electric capacity utilization factor, the extraction factor and the average annual specific generation of electricity on thermal consumption for each CHP separately have been determined. The results are presented graphically, which makes the content more informative and facilitates the perception. Solutions have been proposed to improve the efficiency of the CHP.Энергосистема – структура, входящая в число сложнейших искусственных объектов, успешное функционирование и развитие которых абсолютно необходимо для обеспечения жизнедеятельности современного государства. В этой связи, безусловно, востребован ее непрерывный мониторинг с получением достоверных и объективных показателей работы. Традиционные ключевые энергетические показатели (удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии и отпуск тепловой энергии) для таких сложных структур не дают полного представления о работе энергосистемы и в ряде случаев рассчитываются некорректно. В настоящей статье предлагается к числу традиционных характеристик добавить известный, но практически не используемый эксергетический коэффициент полезного действия. Его применение расширяет возможности мониторинга и повышает объективность оценки. Впервые проведен анализ различных периодов (годового, отопительного и межотопительного) на примере теплоэлектроцентралей Объединенной энергетической системы Беларуси. Относительная выработка электроэнергии ТЭЦ до ввода Белорусской АЭС оценивалась в ≈45 %, а после ввода снизилась до ≈39 %. Более половины годового потребления тепловой энергии в Беларуси приходится на теплогенерирующие источники, при этом ТЭЦ обеспечивают до 88 % отпуска теплоты. Определены коэффициент использования установленной электрической мощности, коэффициент теплофикации и усредненная за год удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении для каждой ТЭЦ в отдельности. Найден эксергетический коэффициент полезного действия для каждой крупной и малой ТЭЦ в отдельности и проведено ранжирование их эффективности. Полученные результаты представлены в графическом виде, что повышает информативность и облегчает восприятие. Предложены решения для повышения эффективности работы ТЭЦ.
Стратегия производства электрической и тепловой энергии в условиях ограниченного количества топлива
Get PDFA separate generating complex is considered in this paper. The main feature of the complex under consideration is its functioning during the control period when the fuel resource is severely limited. The main function of the complex is the production of electrical and heat energy for the needs of the consumer. A control model for production has been developed for two scenarios, viz. of the unconditional provision of the consumer’s needs with electric energy and of the mandatory implementation of the schedule for the release of heat energy. The features of the implementation of the model for a separate thermal power plant (mini-thermal power plant) with a guaranteed supply of electric energy to the consumer are considered, cogeneration modes are substantiated in conditions of a limited fuel supply, regardless of the consumer category. An optimization option is shown when choosing an additional source of heat to meet the needs of the consumer. In the case of choosing a renewable energy source (RES), the management of the ‘cogeneration – RES’ complex according to the proposed strategy allows minimizing the required RES capacity. The basis of production management is the mathematical model of the generating complex, presented in our paper. In terms of describing the behavior of a complex physical system as a whole, an ener-gy approach (Hamilton's method) was used, which turned out to be very convenient for solving the problem, since the variational principles do not depend on the choice of a coordinate system. The description of the turbine plant as an object included in the generating complex and largely determining the relationship between fuel consumption and the amount of electrical and ther-mal energy produced is made with the unconditional fulfillment of the following requirement: fuel consumption is a function of the state of the system. The proposed cogeneration strategy in the conditions of a severe limitation of the amount of fuel does not depend on the type of fossil fuel used and is not tied to the control period calendar dates.Исследован обособленный генерирующий комплекс, главная особенность которого – функционирование в течение контрольного периода при жестком ограничении топливного ресурса. Назначение комплекса – производство электрической и тепловой энергии для нужд потребителя. Предложена модель управления производством для двух сценариев: при безусловном обеспечении нужд потребителя электрической энергией и обязательной реализации графика отпуска тепловой энергии. Рассмотрены особенности реализации модели для обособленной теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ) с гарантированным отпуском электрической энергии потребителю, обоснованы режимы когенерации в условиях ограниченного запаса топлива безотносительно к категории потребителя. Показано, что в таких режимах общий отпуск тепловой энергии за контрольный период времени при ограниченном на данный период запасе топлива не зависит от заданного производства этого вида энергии в режимах максимальной и минимальной электрических нагрузок. Показан вариант оптимизации при выборе дополнительного источника теплоты для удовлетворения нужд потребителя. В случае выбора возобновляемого источника энергии (ВИЭ) управление комплексом когенерация – ВИЭ согласно предлагаемой стратегии позволяет минимизировать необходимую мощность ВИЭ. Основой управления производством является математическая модель генерирующего комплекса, представленная в настоящей работе. В части описания поведения сложной физической системы в целом использован энергетический подход (метод Гамильтона), который оказался весьма удобным для решения поставленной задачи, поскольку вариационные принципы не зависят от выбора системы координат. Описание турбоустановки как объекта, входящего в генерирующий комплекс и во многом определяющего связь расхода топлива и количества произведенной электрической и тепловой энергии, произведено с безусловным выполнением требования: расход топлива есть функция состояния системы. Предлагаемая стратегия когенерации в условиях жесткого ограничения количества топлива не зависит от вида используемого органического топлива и не привязана к календарным датам контрольного периода
Формирование сигналов задания системы тягового асинхронного электропривода
Get PDFThe purpose of this work is to build the analytical improved (with resistances estimation) real time computation of the reference inputs for rotor flux and torque in the vector control system of an induction motor of a traction electric drive. The reference inputs must maximize electromagnetic torque in conditions of voltage source instability, particularly in magnetic field weakening mode. The conventional way to control the field weakening mode is to form flux coupling task inversely proportional to the speed or inversely proportional to the square of the speed in second and third zones respectively. Such reference input signals are not able to provide the maximum torque capability over the entire speed range, and the improved torque capability is achieved in different ways. For instance, voltage feedback is useful for the torque capability enhancement in conditions of internal and external perturbations. A wide change in speed with the weakening of the flux reveals the nonlinear properties of an induction electric motor. However, in vector control systems, proportional-integrating (PI) regulators are usually used. Therefore, firstly, linear PI controllers must be robust, and secondly, the reference input signals for flux and torque must guaranty linear, not saturated state of each PI controller. The proposed expressions for calculating reference inputs for induction motor rotor flux and electromagnetic torque as functions of actual rotor speed are the approximate expressions. The estimation of the possible error shows that the error is acceptable. Simulation is performed for the vector control system of an induction motor and taking into account the calculation of the control signal by the microcontroller and the dynamics of the frequency invertor. The simulation of the resulting system validates the effectiveness of the control system using the proposed expressions for the formation of real-time reference input signals for setting the flux and torque.Цель данной работы – формирование в реальном времени сигналов задания потокосцепления и момента в системе векторного управления асинхронным электродвигателем тягового электропривода. Сигналы задания должны максимизировать момент в условиях нестабильности напряжения источника питания, в частности в режиме ослабления магнитного поля. Обычный способ управления режимом ослабления поля заключается в формировании задания потокосцепления обратно пропорционально скорости либо квадрату скорости. Так формируемые сигналы задания не способны обеспечить максимум располагаемого момента во всем диапазоне изменения скорости, и увеличение располагаемого момента достигается различными путями. Например, обратная связь по напряжению используется для увеличения располагаемого момента в условиях внутренних и внешних возмущений. Широкое изменение скорости при ослаблении потокосцепления выявляет нелинейные свойства асинхронного электродвигателя. Однако в системах векторного управления обычно применяются пропорционально-интегрирующие (ПИ) регуляторы. Следовательно, во-первых, линейные ПИ-регуляторы должны быть робастными, во-вторых, сигналы задания для потокосцепления и момента должны гарантировать линейное без насыщения функционирование каждого ПИ-регулятора системы управления. Предложенные выражения для расчета входных сигналов задания для потокосцепления ротора и электромагнитного момента как функции текущего значения скорости ротора являются приближенными выражениями. Оценка возможной погрешности показывает, что погрешность допустима. Имитационное моделирование выполнено для системы векторного управления асинхронным электродвигателем и с учетом вычисления сигнала управления микроконтроллером и динамики преобразователя частоты. Имитационное моделирование системы подтверждает эффективность управления с применением предложенных выражений для формирования в реальном времени сигналов задания потокосцепления и момента
Моделирование функционального взаимодействия блоков гибридного накопителя электроэнергии
Get PDFOptimization of technical and economic parameters of electric power storage devices is a necessary condition for their widespread use. The article develops a general approach and proposes a methodology for assessing the economic efficiency of hybridization of electrochemical energy storage systems (ESSs). From the point of view of evaluating the effectiveness of storage hybridization, a number of model systems operating under different load conditions using different block functional interaction schemes are being investigated. Lead-acid batteries supplemented with lithium-ion batteries; lead-acid batteries supplemented with supercapacitors and lithium-ion batteries supplemented with supercapacitors are considered as the basic types of hybrid storage devices. An electric forklift, a 30-apartment residential building, as well as a 300-apartment residential complex are considered as the load of the ESS. A quantitative and qualitative model for evaluating the effectiveness of hybridization is used, based on comparing the cost of buffering electricity by each type of battery and the hybrid drive as a whole. For all cases, economic indicators characterizing the cost of buffering electricity by hybrid ESSs are calculated and the advantages of a particular scheme of interaction of hybrid ESS blocks are analyzed. It is shown that the hybridization efficiency demonstrates a complex nonlinear dependence on the degree of hybridization, the type of which depends both on the type of batteries used and on the nature of the load schedule, as well as on the type of functional interaction of the blocks. A specific feature of this dependence is a sharp increase in economic efficiency at small values of a £ 0.01 and a further slowdown in the growth or fall of the graph. The obtained results make it possible to quantitatively compare the efficiency of the hybridization of the ESS for specific conditions of its operation. The considered models and methods can be used in the design of ESSs and “generator – storage – consumer” systems, assessment of the economic feasibility of hybridization of ESSs.Оптимизация технико-экономических параметров накопителей электроэнергии – необходимое условие для их широкого применения. В статье развивается общий подход и предлагается методика оценки экономической эффективности гибридизации электрохимических систем накопления энергии. С точки зрения оценки эффективности гибридизации накопителей исследуется ряд модельных систем, работающих в разных условиях нагрузки с использованием различных схем функционального взаимодействия блоков. В качестве базовых типов гибридных накопителей рассматриваются: свинцово-кислотные аккумуляторы (аккумуляторные кислотные батареи – АКБ), дополненные литий-ионными АКБ; свинцово-кислотные АКБ, дополненные суперконденсаторами; литий-ионные АКБ, дополненные суперконденсаторами. В качестве нагрузки системы накопления электроэнергии (СНЭ) рассматриваются: вилочный электропогрузчик, 30-квартирный жилой дом, а также 300-квартирный жилой комплекс. Используется количественно-качественная модель оценки эффективности гибридизации, основанная на сравнении стоимости буферизации электроэнергии каждым типом АКБ и гибридным накопителем в целом. Для всех случаев рассчитываются экономические показатели, характеризующие стоимость буферизации электроэнергии гибридными СНЭ, и анализируются преимущества той или иной схемы взаимодействия блоков гибридной СНЭ. Показано, что эффективность гибридизации демонстрирует сложную нелинейную зависимость от степени гибридизации, вид которой зависит как от типа используемых АКБ, так и от характера графика нагрузки, а также от типа функционального взаимодействия блоков. Характерной особенностью этой зависимости является резкое возрастание экономической эффективности при малых значениях a £ 0,01 и дальнейшее замедление роста или падение графика. Полученные результаты позволяют количественно сравнивать эффективность гибридизации СНЭ для конкретных условий ее эксплуатации. Рассмотренные модели и методы могут найти применение при проектировании СНЭ и систем «генератор – накопитель – потребитель», оценке экономической целесообразности гибридизации СНЭ
Исследование кинетики тепловлагообмена при термической обработке и сушке тонких влажных теплоизоляционных материалов
Get PDF. The kinetics of drying of thin heat-insulating flat materials has been studied. The approximation of the drying rate curve by various methods is presented. When determining the duration of drying by zonal methods, the equation of the drying rate with the drying coefficient was used. The techniques of processing experimental data by zonal methods of A.V. Lykov, V. V. Krasnikov and by the method of B. S. Sazhin are described. The equation obtained by processing experimental data using the B. S. Sazhin method to determine the duration of the drying process contains only the amount of moisture content of the heating of the material, there is no need to know the critical moisture content. Dependences for calculating the drying coefficient by zonal methods are given. According to the results of the experiment, formulas for determining the duration of heat treatment of thermal insulation materials are presented. The dependence of the relative drying rate on the relative moisture content is presented as well. The processing of experimental data by generalized complex variables creates invariance conditions that allow moving from one variable to another, from one coordinate system to another, which reduces the number of experiments. Formulas with complex variables for determining the duration of drying of materials are given. Based on the drying kinetics equation by A. V. Lykov and the equation for the relative drying rate by G. K. Filonenko, equations are given for determining the density of heat fluxes, the intensity of moisture evaporation and temperature for the period of decreasing drying rate. Solutions of experimental equations are analyzed. The error caused by the processing of experimental data is established. Verification of the reliability of the empirical equations obtained is presented and comparison of the calculated values of the main parameters of the drying kinetics with the experiment is carried out.Проведено исследование кинетики сушки тонких теплоизоляционных плоских материалов. Представлена аппроксимация кривой скорости сушки различными методами. При определении длительности сушки зональными методами использовалось уравнение скорости сушки с коэффициентом сушки. Изложены способы обработки опытных данных зональными методами А. В. Лыкова, В. В. Красникова и методом Б. С. Сажина. Уравнение, полученное обработкой опытных данных по методу Б. С. Сажина для определения длительности процесса сушки, содержит только величину влагосодержания прогрева материала, знать критическое влагосодержание нет необходимости. Приведены зависимости для вычисления коэффициента сушки зональными методами. По результатам эксперимента представлены формулы для установления длительности тепловой обработки теплоизоляционных материалов. Дана зависимость относительной скорости сушки от относительного влагосодержания. Обработка экспериментальных данных обобщенными комплексными переменными создает условия инвариантности, позволяющие переходить от одних переменных к другим, от одной системы координат к другой, что сокращает число экспериментов. Приведены формулы с комплексными переменными для определения длительности сушки материалов. На основании уравнения кинетики сушки А. В. Лыкова и уравнения Г. К. Филоненко для относительной скорости сушки представлены формулы для нахождения плотности тепловых потоков, интенсивности испарения влаги и температуры для периода падающей скорости сушки. Проанализированы решения экспериментальных уравнений. Установлена погрешность, вызываемая обработкой опытных данных. Представлена проверка достоверности полученных эмпирических уравнений и проведено сопоставление расчетных значений основных параметров кинетики сушки с экспериментом