Електротехніка та електроенергетика - 2019, №4
Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/27192
Browse
Recent Submissions
Item Improvement of the nonequilibrium-compensation method for state diagnostics of high-voltage apparatus with condenser insulation(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Sakhno, A. A.; Skrupskaya, L. S.; Domoroshchyn, S. V.; Сахно, Олександр Aнатолійович; Скрупська, Людмила Степанівна; Доморощин, С. В.EN: Purpose. Investigation of the nonequilibrium-compensation method for diagnosing the state of high-voltage devices with capacitor isolation, a description of the experience of using the method, finding the disadvantages and advantages of this diagnostic method, the development of improvements to the nonequilibrium-compensation method. Methodology. The study was carried out by the method of continuous monitoring under operating voltage (“online”) for bushings of a three-phase group of shunt reactors to a voltage class of 750 kV. Findings. As a result of the study, the authors developed an improved mathematical model for the nonequilibriumcompensation method, which takes into account the influence of the operating voltage, and received the final formula for determining the unbalance current, which can significantly increase the reliability of the diagnosis. The improved model is different in that it takes into account additional parameters - a working three-phase voltage, under the influence of which is the insulation of electrical devices. The values of the phase and amplitude of the unbalance current obtained using the model will not depend on the network operating modes, such as asymmetry, for example, and, accordingly, there is no need to set the overshot alarm settings and equipment shutdowns, unlike the “classical” method, since the parameters change unbalance current will be caused only by changes in active losses in isolation or partial breakdown of the insulation design of the device. Originality. The authors developed an advanced mathematical model for the diagnosis of high voltage apparatus with capacitor isolation under operating voltage. The result of the calculation of the new model does not depend on the effects of operating voltage (such as asymmetries of amplitudes and interphase angles). Practical value. The obtained model can be used in the production of systems and devices for continuous diagnostics (monitoring) of the main insulation of high-voltage bushings at voltage classes of 110 - 750 kV. UK: Мета роботи. Дослідження нерівноважно-компенсаційного методу діагностики стану високовольтних апаратів з конденсаторною ізоляцією, опис досвіду використання методу, знаходження недоліків та переваг цього методу діагностики, розробка вдосконалення нерівноважно-компенсаційного методу. Методи дослідження. Дослідження було виконано методом неперервного контролю під робочою напругою (“онлайн”) для вводів трьох-фазної групи шунтуючих реакторів напругою 750 кВ. Отримані результати. В результаті проведеного дослідження автори розробили вдосконалену математичну модель для нерівноважно-компенсаційного методу, яка враховує вплив робочої напруги, і отримали остаточну формулу для визначення струму небалансу, яка дозволяє значно підвищити достовірність діагностики. Покращена модель відрізняється тим, що враховує додаткові параметри - робочу трифазну напругу, під впливом якої знаходиться ізоляція електричних апаратів. Отриман за допомогою цієї моделі значення фази і амплітуди струму небалансу не залежатимуть від режимів роботи мережі, таких як асиметрія, наприклад, і, відповідно, немає необхідності встановлювати завищені уставки спрацьовування аварійних сигналів, на відміну від «класичного» методу, оскільки зміни параметрів струму небалансу будуть викликані тільки змінами активних втрат в ізоляції або частковим пробоєм ізоляційної конструкції електричного апарата. Наукова новизна. Автори розробили вдосконалену математичну модель для діагностики апаратів високої напруги з конденсаторною ізоляцією. Результат нової моделі не залежить від впливів робочої напруги (таких як асиметрія амплітуд і межфазових кутів). Практична цінність. Отримана модель може бути використана в розробці систем та пристроїв для неперервної діагностики (моніторингу) стану головної ізоляції апаратів з конденсаторною ізоляцією на класи напруги 110 – 750 кВ.Item Структура інформаційної технології управління портфелями проектів енергозбереження на металургійних підприємствах(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Дубровін, Валерій Іванович; Юськів, О. І.; Dubrovin, V. I.; Yuskiv, O. I.UK: Мета роботи. При реалізації інвестиційних проектів процес промислового виробництва, пов'язаний з вибором оптимального постачальника, замовника, ділового партнера; визначенням кращої якості продукції, мінімізацією витрат на придбання та доставку матеріальних ресурсів і т.д. В даній статті проведений аналіз інформаційної технології програмного продукту для автоматизації процесу підтримки прийняття рішень при здійсненні фінансової інвестиційної діяльності металургійного підприємства. Методи дослідження. Для вирішення оптимізаційних завдань були застосовані такі методи:методи дослідження функцій класичного аналізу;невизначені множники Лагранжа;варіаційне числення;динамічне програмування;принцип максимуму;лінійне програмування;нелінійне програмування. Отримані результати. Спроектована система, допомагаючи прийняти максимально ефективне, комплексне рішення, дозволяє зменшити інтелектуальне навантаження на особу, яка приймає рішення, звести до мінімуму число рутинних операцій та складних математичних і економічних розрахунків і, як наслідок, значно скоротити час на прийняття рішення. Перевагою розглянутого програмного продукту, є те, що він здатний одночасно вирішувати відразу два актуальних на сьогоднішній день завдання - формувати оптимальний портфель цінних паперів та здійснювати вибір оптимального постачальника ресурсів. Таким чином, він зручний для металургійних підприємств та дозволить скоротити витрати на придбання програмної продукції. Наукова новизна. Даний програмний продукт на сьогоднішній момент не має аналогів, він здатний одночасно вирішувати відразу 2 актуальні на сьогоднішній день задачі - формувати оптимальний портфель цінних паперів, та здійснювати вибір оптимального постачальника, що дозволить зменшити витрати на покупку матеріалів та використати ці кошти на впровадження проектів енергозбереження на металургійних підприємствах. Практична цінність. Запропонована при виборі оптимального постачальника методика розрахунку є універсальною та прийнятною для оцінки підприємств з точки зору різних характеристик: запропонована методика базується на комплексному, багатовимірному підході до оцінки такого складного явища, як фінансовогосподарська діяльність підприємства; для отримання оцінки підприємств використовується гнучкий алгоритм, який реалізує можливості математичної моделі порівняльно-комплексної оцінки діяльності підприємства; алгоритм розрахунків дозволяє відійти від формування умовного еталонного підприємства; розрахунок побудований на визначенні інтервалу варіювання ознак; методика ґрунтується на приведенні числових параметрів до єдиного еквівалента, яким в даному випадку є коефіцієнт наближення до оптимального значення ознаки. EN: Purpose. In the implementation of investment projects, the process of industrial production, associated with the choice of the optimal supplier, customer, business partner; determining the best quality of products, minimizing the cost of purchasing and delivering material resources, etc.. This article analyzes the information technology of a software product to automate the decision support process in the financial investment activity of a metallurgical enterprise. Methodology. To solve the optimization problems, the following methods were applied: methods of studying the functions of classical analysis; indefinite Lagrange multipliers; variational calculus; dynamic programming; maximum principle; linear programming; nonlinear programming. Findings The designed system, helping to make the most effective, comprehensive solution, can reduce the intellectual burden on the decision maker, minimize the number of routine operations and complex mathematical and economic calculations and, as a consequence, significantly reduce the time for decision. The advantage of the considered software product is that it is able to solve simultaneously two urgent tasks for today - to form the optimal portfolio of securities and to choose the optimal supplier of resources. Thus, it is convenient for metallurgical enterprises and will reduce the cost of purchasing software. Originality. This software product has no analogues at the moment, it is able to solve two current problems for today simultaneously - to form an optimal portfolio of securities, and to choose the optimal supplier, which will reduce the cost of purchasing materials and use these funds for the implementation of energy conservation projects at metallurgical enterprises Practical value. The calculation method offered by the choice of the optimal supplier is universal and acceptable for the evaluation of enterprises in terms of different characteristics: the proposed methodology is based on a comprehensive, multidimensional approach to the evaluation of such complex phenomenon as the financial and economic activity of the enterprise; a flexible algorithm is used to obtain the valuation of enterprises, which realizes the possibilities of a mathematical model of comparatively-complex evaluation of the enterprise activity; the algorithm of calculations allows to move away from formation of conditional reference enterprise; the calculation is based on determining the interval of variation of features; the technique is based on bringing the numerical parameters to a single equivalent, which in this case is the approximation coefficient to the optimal value of the trait.Item Анализ динамических сопротивлений преобразователя с мягким переключением для питания технологических установок(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Верещаго, Е. Н.; Костюченко, В. И.; Верещаго. Є. М.; Костюченко, В. І.; Vereshchaho, Ye. M.; Kostiuchenko. V. I.RU: Цель работы. Оценка динамических сопротивлений стабилизированного преобразователя, основанная на расчёте импульсных источников электропитания с помощью метода усреднения переменных состояния и с помощью ЭВМ. Рассмотрение мер по увеличению выходного сопротивления и улучшению параметров переходного процесса, повышение его устойчивости. Рассмотрение особенности работы импульсного источника электропитания на электрическую дугу с ёмкостью. Методы исследования. Классические частотные теории управления и методы экспериментального определения частотных параметров. Полученные результаты. Рассмотрены вопросы, возникающие при проектировании и разработке устройств и систем электропитания электрической дуги – электромагнитная совместимость отдельных узлов в системе электропитания, их устойчивость, а также устойчивость всей системы электропитания. Рассмотрена особенность работы импульсного преобразователя напряжения на комплексную нагрузку. Показаны причины возникновения автоколебательного режима. При необходимости для устранения автоколебаний могут быть добавлены элементы демпфирования фильтра. Исследовано влияние внешних обратных связей на динамические свойства импульсного преобразователя напряжения, работающего на дуговую нагрузку. Для обеспечения устойчивости в системе «фильтр электромагнитных помех – импульсный преобразователь напряжения» следует снижать выходное сопротивление фильтра до величины меньшей входного сопротивления преобразователя. Полученные результаты расчёта комплексного входного сопротивления импульсного преобразователя напряжения могут быть использованы для анализа устойчивости работы системы электропитания с входным фильтром радиопомех. Дополнительная обратная связь по напряжению на дуге приводит к существенному увеличению выходного сопротивления преобразователя и к сглаживанию его частотной характеристики (отсутствию резонансного максимума), что весьма желательно. В целом частотная зависимость выходного сопротивления для двухконтурной системы более благоприятна, чем для одноконтурной в отношении динамики. Научна новизна. Применение новых эффективных алгоритмов расчёта и спектрального анализа процессов в замкнутых нелинейных дискретных системах с различными видами обратных связей в режиме их нормального функционирования к анализу нового объекта. Практическая ценность. Изложение носит конструктивный характер и завершится процедурой проектирования регуляторов с использованием новой – натурной теории управления для объектов с неопределёнными параметрами. UK: Мета роботи. Оцінка динамічних опорів стабілізованого перетворювача, основана на розрахунку імпульсних джерел електроживлення за допомогою методу усереднення змінних стану і за допомогою ЕОМ. Розгляд заходів щодо збільшення вихідного опору і поліпшення параметрів перехідного процесу, підвищення його стійкості. Розгляд особливості роботи імпульсного джерела електроживлення на електричну дугу з ємністю. Методи дослідження. Класичні частотні теорії управління та методи експериментального визначення частотних параметрів. Отримані результати. Розглянуто питання, що виникають при проектуванні і розробці пристроїв та систем електроживлення електричної дуги - електромагнітна сумісність окремих вузлів в системі електроживлення, їх стійкість, а також стійкість всієї системи електроживлення. Розглянута особливість роботи імпульсного перетворювача напруги на комплексне навантаження. Показані причини виникнення автоколивального режиму. При необхідності для усунення автоколивань можуть бути додані елементи демпфуючого фільтра. Досліджено вплив зовнішніх зворотних зв'язків на динамічні властивості імпульсного перетворювача напруги, що працює на дугове навантаження. Для забезпечення стійкості в системі «фільтр електромагнітних завад - імпульсний перетворювач напруги» слід знижувати вихідний опір фільтра до величини меншої вхідного опору перетворювача. Отримані результати розрахунку комплексного вхідного опору імпульсного перетворювача напруги можуть бути використані для аналізу стійкості роботи системи електроживлення з вхідним фільтром радіоперешкод. Додатковий зворотний зв'язок по напрузі на дузі призводить до суттєвого збільшення вихідного опору перетворювача і до згладжування його частотної характеристики (відсутності резонансного максимуму), що дуже бажано. В цілому частотна залежність вихідного опору для двоконтурної системи більш сприятлива, ніж для одноконтурної в плані динаміки. Наукова новизна. Застосування нових ефективних алгоритмів розрахунку і спектрального аналізу процесів в замкнутих нелінійних дискретних системах з різними видами зворотних зв’язків в режимі їх нормального функціонування до аналізу нового об'єкта. Практична цінність. Робота має конструктивний характер і завершиться процедурою проектування регуляторів з використанням нової - натурної теорії управління для об'єктів з невизначеними параметрами. EN: Purpose. Assessment of the dynamic resistance of a stabilized converter based on the calculation of switching power supplies using the method of averaging state variables and using a computer. Consideration of measures to increase the output resistance and improve the parameters of the transition process, increase its stability. Consideration of the features of the pulsed power supply operation to an electric arc with a capacitance. Methodology. Classical frequency control theories and methods for the experimental determination of frequency parameters. Findings. The issues arising in the design and development of devices and power systems for the electric arc are considered - the electromagnetic compatibility of individual nodes in the power supply system, their stability, as well as the stability of the entire power supply system. A feature of the pulse voltage converter operation for a complex load is considered. The causes of the self-oscillation regime are shown. If necessary, the filter damping elements can be added to eliminate self-oscillations. The influence of external feedbacks on the dynamic properties of a pulsed voltage converter operating on an arc load is investigated. To ensure stability in the "electromagnetic interference filter- pulse voltage converter" system the output resistance of the filter should be reduced to a value lower than the input resistance of the converter. The results of the complex input resistance calculation of a pulse voltage converter can be used to analyze the stability of the power supply system with the input filter of the radio noise. Additional feedback on the voltage across the arc leads to a significant increase in the output impedance of the converter and to smoothing its frequency response (the absence of a resonance maximum), which is highly desirable. In general, the frequency dependence of the output resistance for a dual-circuit system is more favorable than for a single-circuit in terms of dynamics. Originality. Application of new effective algorithms for calculation and spectral analysis of processes in closed nonlinear discrete systems with various types of feedbacks in the mode of their normal functioning to the new object analysis. Practical value. The presentation is constructive in nature and ends with the procedure for designing controllers using a new, full-scale control theory for objects with indefinite parameters.Item Модификация метода численного расчета переходных процессов в электрических цепях на основе полиномов Чебышева(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Паталах, Д. Г.; Паталах, Д. Г.; Patalakh, D.RU: Цель работы – модификация метода численного расчета переходных процессов в линейных электрических цепях, а также разработка схемной модели метода, приводящая к удобству расчета и повышению быстродействия расчета на компьютере. Методы исследования. Использована полиномиальная аппроксимация функций, численные методы решения интегро-дифференциальных уравнений, матричные методы, программирование на компьютере и методы теории электрических цепей. Полученные результаты. В результате модификации известного метода расчета переходных процессов разработан усовершенствованный метод, который позволяет сократить время компьютерного моделирования динамических электрических процессов в линейных электрических цепях. Показан пример применения предложенного метода. На основании разработанного метода составлена компьютерная программа для расчета переходного процесса в модельной цепи. Данный пример показал сокращение процессорного времени на 45% по сравнению с применением известных методов. Научна новизна. Использована аппроксимация функций токов от времени рядами по ортогональным полиномам Чебышева. Полиномы Чебышева обладают свойством равномерности погрешности аппроксимации функций во всем диапазоне изменения аргумента, что выделяет их из ряда других ортогональных функций. Предложено использовать полиномиальную аппроксимацию не самой функций решения, а ее производной. Это существенно снижает погрешность аппроксимации, как функции решения, так и производной решения, которая фигурирует в методе расчета. Показано, как в предложенном методе интегро-дифференциальные уравнения состояния преобразуются в линейные алгебраические уравнения. Разработана схемная модель предложенного численного метода расчета. Схемная модель позволяет от электрической цепи, в которой процессы описываются интегро-дифференциальными уравнениями, перейти к схеме замещения с изображениями токов. Изображения истинных токов в схеме замещения интерпретируются, как постоянные токи. Показано, что для изображений токов в схеме замещения справедливы законы Кирхгофа, что приводит к расчету системы алгебраических уравнений. Такая схемная модель создает удобство инженеру, выполняющему расчеты переходных процессов. Практическая ценность. Разработанный метод открывает возможность использования всего многообразного аппарата теории электрических цепей для работы с изображениями токов. На основании этого разрабатывается универсальный программный комплекс для расчета переходных процессов в электрических цепях произвольной сложности. UK: Мета роботи. Модифікація методу числового розрахунку перехідних процесів в лінійних електричних колах, а також розробка схемної моделі методу, що приводить до зручності розрахунку і підвищенню швидкодії розрахунку на комп'ютері. Методи дослідження. Використана поліноміальна апроксимація функцій, числові методи розв'язання інтегро-диференціальних рівнянь, матричні методи, програмування на комп'ютері і методи теорії електричних кіл. Отримані результати. В результаті модифікації відомого методу розрахунку перехідних процесів розроблено удосконалений метод, який дозволяє скоротити час комп'ютерного моделювання динамічних електричних процесів в лінійних електричних колах. Показаний приклад застосування запропонованого методу. На підставі розробленого методу складена комп'ютерна програма для розрахунку перехідного процесу в модельному колі. Даний приклад показав скорочення процесорного часу на 45% в порівнянні з застосуванням відомих методів. Наукова новизна. Використана апроксимація функцій струмів від часу рядами по ортогональних поліномами Чебишова. Поліноми Чебишова мають властивість рівномірності похибки апроксимації функцій у всьому діапазоні зміни аргументу, що виділяє їх з ряду інших ортогональних функцій. Запропоновано використовувати поліноміальну апроксимацію не самою функцій рішення, а її похідної. Це істотно знижує похибку апроксимації, як функції рішення, так і похідною рішення, яка фігурує в методі розрахунку. Показано, як в запропонованому методі інтегро-диференціальні рівняння стану перетворюються в лінійні алгебраїчні рівняння. Розроблено схемну модель запропонованого числового методу розрахунку. Схемна модель дозволяє від електричного кола, в якому процеси описуються інтегро-диференціальними рівняннями, перейти до схеми заміщення з зображеннями струмів. Зображення справжніх струмів схемою заміщення інтерпретуються, як постійні струми. Показано, що для зображень струмів в схемі заміщення справедливі закони Кирхгофа, що призводять при розрахунку до системи алгебраїчних рівнянь. Схемна модель створює зручність інженеру, який виконує розрахунки перехідних процесів. Практична цінність. Розроблений метод відкриває можливість використання всього різноманітного апарату теорії електричних кіл для роботи з зображеннями струмів. На підставі цього розробляється універсальний програмний комплекс для розрахунку перехідних процесів в електричних колах довільної складності. EN: Purpose. Modification of the numerical calculation method of transients in linear electric circuits, as well as the development of a schematic model of the method, leading to ease the calculation and to increase the speed of calculation on a computer. Methodology. Polynomials approximation of functions, numeral methods of solution of integro-differential equations, matrix methods, computer programming and methods of electric circuits theory are used. Findings The improved method of transient calculation is worked out as the modification of the known one. It allows to reduce the computer modeling time of dynamic electric processes in linear electric circuits. The example of the application of the proposed method is shown. Based on the developed method, the computer program was compiled for calculating the transient in the model circuit. This example showed the reduction in CPU time of 45% compared with the use of known methods Originality. The approximation of the functions of currents with time by series in the Chebyshev orthogonal polynomials is used. Chebyshev polynomials possess the property of the approximation error uniformity of functions in the entire range of the argument, which distinguishes them from a number of other orthogonal functions. It is proposed to use a polynomial approximation not of the solution functions themselves, but of its derivative. This significantly reduces the approximation error of both the solution function and the derivative of the solution, which appears in the calculation method.. It is shown how, in the proposed method, integro-differential equations of state are transformed into linear algebraic equations. The schematic model of the proposed numerical calculation method is developed. The schematic model allows you to move from an electrical circuit in which processes are described by integro-differential equations to an equivalent circuit with images of currents. Images of true currents in the equivalent circuit are interpreted as direct currents. It is shown that the Kirchhoff laws are valid for current images in the equivalent circuit, which leads to the calculation of a system of algebraic equations. Such a circuit model creates convenience for an engineer performing transient calculations. Practical value. The developed method opens up the possibility of using the entire diverse apparatus of the theory of electric circuits for working with current images. Based on this, a universal software package is developed for calculating transients in electrical circuits of arbitraryItem Сalculation of the geomagnetic induced currents impact on the HIGH-power transformer(Національний університет "Запорізька політехніка", 2019) Ivankov, V. F.; Basova, A. V.; Іванков, В. Ф.; Басова, А. В.EN: Purpose. Determination of resistance of a powerful power transformer to the action of geomagnetic induced currents (GIC) and structural measures for its increase, if necessary. Methodology. An analytical calculation of the magnetization current (MC) is applied, which under the action of geomagnetic induced currents is excited in addition to the rated current in the higher voltage winding. Analytical and numerical calculations of the magnetic field and the losses, and computational-empirical methods for estimation of the temperature rises are used. Findings. For a five-core transformer with a power of 630 MVA under the GIC effect, the increased losses and heating of structural elements on the cores of the magnetic system, the tank, and the increased sound level are determined. Originality. For the case of orthogonal property of the vectors of winding rated currents and the vectors of harmonic components of the peak unbalanced MC, the Joule losses are represented by the sum of the losses due to these currents using the increase factors for ohmic losses in non-magnetic and ferromagnetic structural parts, which depend on MC harmonic spectrum. Practical value. The stability of the transformer under test to the given level of GIS was confirmed, and structural measures for its increase were recommended. The tested methods can be used in the computational design, in the study of real cases of equipment operation. UK: Метою роботи є визначення стійкості потужного силового трансформатора до дій геомагнітних індукованих струмів та конструктивних заходів для її підвищення, при необхідності. Методи дослідження. Застосовано аналітичний розрахунок струму намагнічування, який під дією геомагнітних індукованих струмів збуджується додатково до номінального струму в обмотці вищої напруги. Використано аналітичні та чисельні методи розрахунку магнітного поля, втрат, розрахунково-емпіричні методи визначення нагрівів. Отримані результати. Для пятистрижневого трансформатора потужністю 630 МВА при дії геомагнітних індукованих струмів визначені підвищені втрати і нагріви елементів конструкції на стрижнях магнітної системи, бака, підвищений рівень звуку. Наукова новизна. Для випадку ортогональності векторів номінальних струмів обмоток і векторів гармонічних складових пікоподібного незбалансованого струму намагнічування джоулеві втрати представлені сумою втрат від зазначених струмів з використанням коефіцієнтів підвищення втрат омічних, в немагнітних і феромагнітних частинах конструкції, які залежать від гармонійного спектру струму намагнічування. Практична цінність. Підтверджено стійкість досліджуваного трансформатора до заданого рівня геомагнітних індукованих струмів, рекомендовані конструктивні заходи для її підвищення. Апробовані методи можуть бути використані при розрахунковому проектуванні, при дослідженні реальних випадків експлуатації обладнання.