Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет Энергетический факультет АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ 2019 Материалы студенческой научно - технической конференции Электронный учебный материал Минск 2019 УДК 620.9(06) ББК 31 я 43 А 43 С о с т а в и т е л и: И.Н. Прокопеня, Т.А. Петровская, Р е ц е н з е н т Заместитель главного инженера по ЭТО АСУ ТП, РУП «БЕЛТЭИ», к.т.н. Ю.В. Сенягин В сборник включены материалы студенческой научно- технической конференции по секциям: «Электрические системы»; «Электроснабжение»; «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника»; «Электроника и электротехника»; «Электрические станции»; «Экономика и организация энергетики»; «Тепловые электрические станции». Белорусский национальный технический университет. Энергетический факультет. пр - т Независимости, 65/2, г. Минск, Республика Беларусь Тел.: (017) 293-92-16 Факс: 292-71 -73 E-mail: [email protected] http://www.bntu.by/ef.html Регистрационный № БНТУ/ЭФ43 – 107.2019 © Прокопеня И.Н. редак., компьютерный дизайн. © БНТУ ЭФ, 2019 А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 3 СЕКЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ ПЕРЕЧЕНЬ ДОКЛАДОВ Исследование методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений в системе динамического моделирования MatLab Simulimk Русецкий К.И., Волов Р.А., Журкевич В.В. Научный руководитель – к.т.н., доцент НОВАШ И.В. Влияние уровня тока короткого замыкания на форму траектории гибких проводов распределительных устройств Васильева А.А., Зарихта К. С., Башаркевич Е.К., Туманов П.С. Научный руководитель – д.т.н., профессор СЕРГЕЙ И.И., БАРАН А.Г. Реализация математической модели броска тока намагничивания в MatLab Simulink Каченя В.С. Научные руководители – член-корр. НАН Беларуси, д.т.н., профессор РОМАНЮК Ф.А. Влияние расположения емкости в электрической цепи при исследовании переходных процессов в простейших цепях с постоянным источником питания Русецкий К.И., Волов Р.А. Научный руководитель – к.т.н., доцент НОВАШ И.В. Определение токов электродинамической стойкости гибких шин распределительных устройств высокого напряжения по условию максимально допустимого сближения фаз Баран А.Г., Васильева А.А., Туманов П.С. Научный руководитель – д.т.н., профессор СЕРГЕЙ И.И. Сравнение точности решателей с переменным шагом решения в системе динамического моделирования MatLab Simulimk Русецкий К.И., Волов Р.А. Научный руководитель – к.т.н., доцент НОВАШ И.В. Определение токов электродинамической стойкости гибких шин распределительных устройств высокого напряжения по условию допустимого тяжения провода при коротком замыкании Баран А.Г., Башаркевич Е. К., Туманов П.С. Научные руководители – д.т.н., профессор СЕРГЕЙ И.И, к.т.н., доцент ПОНОМАРЕНКО Е.Г. А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 4 Сравнение точности решателей с фиксированным шагом решения в системе динамического моделирования MatLab Simulimk Русецкий К.И., Волов Р.А. Научный руководитель – к.т.н., доцент НОВАШ И.В. Динамический расчет опорных конструкций распределительных устройств Зарихта К. С., Башаркевич Е.К. Научный руководитель – к.т.н., доцент ПОНОМАРЕНКО Е.Г. Влияние расположения компенсирующих устройств на распределение потоков мощности в электрической сети Волов Р. А., Русецкий К.И. Научный руководитель – ГЕЦМАН Е.М. Влияние расположения емкости в электрической цепи при исследовании переходных процессов в простейших цепях с переменным источником питания Русецкий К.И., Волов Р.А. Научный руководитель – КЛИМКОВИЧ П.И. Высоковольтные выключатели низкого и среднего напряжения Сивцов Н.А., Шкуратов В.А. Научный руководитель – КОНОХОВ М.С. Трансформаторы напряжения UG-145 Науменко В.И., Никитин Е.А. Научный руководитель – ГЕЦМАН Е.М. Преимущества программного продукта Revit над AutoCAD Русецкий К.И., Волов Р.А. Научный руководитель – КОЛОСОВА И.В. Высоковольтный выключатель высокого напряжения Сивцов Н.А., Шкуратов В.А. Научный руководитель – КОНОХОВ М.С. «Трансформаторные» инновации в энергетике Иселёнок Е.Б. Научный руководитель – ГЕЦМАН Е.М. Плагин от компании Schneider Electric для программного комплекса автоматизированного проектирования Revit Русецкий К.И., Волов Р.А. Научные руководители – КОЛОСОВА И.В., ЛАЗАРЕВ О.Е. А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 5 УДК 621.3 Исследование методов решения обыкновенных дифференциальных уравнений в системе динамического моделирования MatLab Simulimk Русецкий К.И., Волов Р.А., Журкевич В.В. Научный руководитель – к.т.н., доцент НОВАШ И.В. При сопоставлении результатов моделирования переходного процесса при вычислениях в различных программных продуктах [1] для схемы сети представленной на рисунке 1, мы столкнулись с проблемой расхождения результатов расчета в программе MatLab Simulink. Рисунок 1 – Модель расчетной схемы На рисунке 2 представлена осциллограмма тока i в ветви с катушкой L – решатель 3 3 автоматически выбран программой. После изменения решателя на «ode45», были получены результаты моделирования (рисунок 3), которые достаточно точно совпадают с результатами в других программных средах [1]. Рисунок 2 – Осциллограмма тока i в ветви с катушкой L , 3 3 смоделированная автоматически выбранным решателем При расчете переходного процесса в электрических цепях программой MatLab Simulink составляются системы обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ). Данные системы ОДУ могут решаться различными методами, их реализации названы решателями ОДУ. В MatLab Simulink имеется окно настроек Solver options (Параметры решателя), где выбираются параметры решателя (рисунок 4). А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 6 2 1 i3 i31 0 0.05 0.1 0.15 0.2 i32 −1 −2 t, t1, t4 Рисунок 3 – Осциллограмма тока i в ветви с катушкой L 3 3 смоделированная решателем ode45 Рисунок 4 – Solver options Как можно заметить (рисунок 4), различают два типа решателя: – Variable-step – с переменным шагом; – Fixed-step – фиксированным шагом. При моделировании аналоговых систем принципиально можно использовать любой тип решателя, однако желательным является выбор решателя с переменным шагом моделирования. Это обеспечивает автоматическое подстраивание шага моделирования в зависимости от характера поведения решений ОДУ. При моделировании дискретных систем обычно выбирают решатель с фиксированным шагом моделирования. После определения типа решателя имеется возможность выбора самого решателя из предлагаемого разработчиками MatLab Simulink перечня. При открытии списка Solver для решателей с переменным шагом моделирования, реализующих методы численного интегрирования ОДУ, программой предлагается перечень, представленный на рисунке 5, а при открытии списка для решателей с фиксированным шагом – перечень, представленный на рисунке 6. Рисунок 5 – Решатели при переменном шаге моделирования Рисунок 6 – Решатели при фиксированном шаге моделирования А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 7 Если пользователь выбирает любой тип решателя, то сам решатель может быть автоматически подобран программой (при желании). Как видим, существует два типа решателей (с переменным и постоянным шагом моделирования), в свою очередь данные типы имеют свои методы для решения ОДУ. В дальнейшем будет интересно рассмотреть применение различных решателей при расчете электрических цепей. Литература 1. Русецкий, К. И. Сопоставление результатов расчета переходного процесса, выполненных численными методами на языке высокого уровня, в системе компьютерной алгебры MathCAD и в системе динамического моделирования MatLab Simulimk / К. И. Русецкий ; науч. рук. И. В. Новаш // Актуальные проблемы энергетики 2018 [Электронный ресурс] : материалы студенческой научно-технической конференции / сост. : И. Н. Прокопеня, Т. А. Петровская. – Минск : БНТУ, 2018. – С. 427–432. А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 8 УДК 621.316 Влияние уровня тока короткого замыкания на форму траектории гибких проводов распределительных устройств Васильева А.А., Зарихта К. С., Башаркевич Е.К., Туманов П.С. Научный руководитель – д.т.н., профессор СЕРГЕЙ И.И., БАРАН А.Г. Оценка влияния уровня тока короткого замыкания (КЗ) на траекторию движения провода выполнена с помощью разработанной на кафедре «Электрические станции» БНТУ компьютерной программе BusEf. Расчетным видом КЗ принято двухфазное, т. к. максимальное сближение соседних фаз гибких шин наблюдается при данном виде повреждения, когда они сближаются после отключения КЗ в результате колебаний проводов. Анализ траекторий движения проводов после отключения КЗ показывает, что в зависимости от длины пролета и стрелы провеса провода могут быть две траектории движения, при которых возможно недопустимое сближение фаз. Первая характерна для средних значений токов КЗ, когда провод после того как поднялся на определенную высоту, начинает свое падение под некоторым углом к своему первоначальному положению. Вторая обусловлена действием больших токов КЗ, когда импульса ЭДУ достаточно для того, чтобы заставить провод двигаться по круговой траектории. Сказанное выше продемонстрируем на примере траекторий движения провода АС-800/105 в пролете длиной 45 м при разных значениях двухфазных токах КЗ (время КЗ 0,3 с). Геометрические размеры пролета приняты для распределительного устройства 330 кВ. Траектории движения проводов соседних фаз представлены на рисунках 1–5. 0 м и, -0,5 л а к и -1 т р е е по в -1,5 1,81 м ФФааззаа ВС и н е -2 н о л к т -2,5 о -3 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 отклонение по горизонтали, м Рисунок 1 – Траектория движения под действием тока КЗ 45 кА 0 м и, -0,5 л а к и -1 т р 1,48 е о в -1,5 Фаза В п Фаза С е и ен -2 н о л тк -2,5 о -3 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 отклонение по горизонтали, м Рисунок 2 – Траектория движения под действием тока КЗ 50,1 кА А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 9 1 м 0,5 и, л а 0 к и рт -0,5 е 2,04 м о в -1 Фаза В п Фаза С е ни -1,5 е н о -2 л к т о -2,5 -3 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 отклонение по горизонтали, м Рисунок 3 – Траектория движения под действием тока КЗ 55 кА 3 м и, 2 л а к и 1 т р е о в 0 Фаза В п Фаза С е и ен -1 н о л тк -2 2,92 м о -3 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 отклонение по горизонтали, м Рисунок 4 – Траектория движения под действием тока КЗ 65 кА 4 м 3 и, л а 2 к и рт 1 е о в 0 Фаза В п Фаза С е ни -1 1,4 м е н о -2 л к т о -3 -4 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 отклонение по горизонтали, м Рисунок 5 – Траектория движения под действием тока КЗ 73,1 кА Рисунок 5 также демонстрирует потерю электродинамической стойкости исследуемого пролета, т. к. для класса напряжения 330 кВ минимально-допустимое расстояние между соседними фазами составляет 1,4 м [1]. Литература 1 Правила устройства электроустановок. – 6-е изд., перераб. и доп. − М. : Энергоатомиздат, 1987. − 648 с. УДК 621.316.925 А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы э н е р г е т и к и 2019 10 Реализация математической модели броска тока намагничивания в MatLab Simulink Каченя В.С. Научные руководители – член-корр. НАН Беларуси, д.т.н., профессор РОМАНЮК Ф.А. Стоит задача получения мгновенных значений броска тока намагничивания (БТН) для наиболее распространённого класса силового трансформатора. Моделирование участка электрической сети (рисунок 1) произведем с использованием среды математического моделирования – MatLab Simulink. При использовании в расчёте ступенчатой модели времени выходные сигналы модели могут быть некорректными. Поэтому для получения корректного выходного сигнала необходимо использовать непрерывную модель времени. Наиболее оптимальное время расчёта в таком случае получается при автоматическом выборе способа решения дифференциальных уравнений, но оно всё ещё достаточно большое и для расчёта выходного сигнала длительностью в 1 с может потребоваться 60 мин реального времени. Компромиссом может стать использование дискретной модели времени с малым шагом дискретизации порядка 10–6–10–8 с. 110 кВ 10,5 кВ КЗ ЭС ТТ В1 Т В2 ВЛ ЭС – энергосистема; ТТ – трансформатор тока; В1, В2 – выключатели высокого и низкого напряжения соответственно; Т – силовой трансформатор; ВЛ – воздушная линия электропередачи; КЗ – точка короткого замыкания Рисунок 1 – Первичная схема модели Для создания модели электрической сети использовались стандартные элементы библиотеки SimPowerSystems. Для корректной работы функциональных блоков этой модели необходимо настроить «Solver» блока powergui, который отвечает за моделирование электрических величин. Таким образом для параметра «Simulation type» выбрано значение «Discrete», a для «Sample time(s)» – 1e-7 с. В таблице 1 приведено соответствие элементов рисунка 1 и стандартных блоков библиотеки SimPowerSystems. Таблица 1 – Соответствие элементов сети и элементов библиотеки SimPowerSystems Обозначение Наименование Обозначение Наименование на схеме SimPowerSystems на схеме SimPowerSystems Three-Phase ЭС Voltage Source ТТ Measurement В1, В2 Breaker (3ph) ВЛ RLC Branch Т Transformer (3ph) КЗ Three-Phase Fault Моделирование насыщения ТТ произведено в соответствии с [1]. Реализация схемы рисунок 1 в MatLab Simulink представлена на рисунке 2. На основании изложенного выше для блока Voltage Sourse выбраны следующие настройки: – Yg; Phase-to-phase voltage (Vrms): – 115e3; Frequency (Hz): – 50; Base voltage (Vrms ph-ph): – 1000e6; X/R ratio: – 7. Для регулирования мощности КЗ (Sкз) ЭС в диапазоне от 100 МВА до 1000 МВА необходимо изменять параметр «3-phase short-circuit level at base voltage(VA):» в пределах от 100e6 до 1000e6.